大数据批量处理神器 - 自定义周期批量消费队列的实现

1. 前言

工作中，我们经常需要处理各种大批量数据的逻辑处理、数据的入库。高峰期获取大量数据时，无论是数据的处理还是数据存储到库，建立的多线程或者连接到数据库的连接数都可能超出峰值，造成性能压力。

为解决这种问题场景，我们可以对读与写进行解耦，并控制峰值时处理的流速，以实现系统的稳定。

使用一些中间件比如kafka、MQ等消息队列,对于小场景的批量处理比较大材小用，故我们可以自己封装下类似队列的轮子，方便后期自己的使用。

2. 需求

eg:

1. 解决离线大批量数据同步到表时，数据库连接数占用过大问题
2. 解决大批量数据数据存储时数据量过大问题
3. 解决网络传输数据量过大问题，事务过长，超时等问题
4. 批量处理提升性能
5. 要求能控制消费的批次大小以及频度
6. 解耦数据读取；处理；存储

等等类似优化需求。。。。

3. 基础理论知识

常用队列类继承图：

3.1 LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue基于链表实现，未指定容量时默认容量为Integer.MAX_VALUE，即无界阻塞队列，节点动态创建，节点出队后可被GC，伸缩性较好；如果消费者速度慢于生产者速度，可能造成内存空间不足，建议手动设置队列大小。采用“two lock queue”算法变体，双锁（ReentrantLock）：takeLock、putLock，允许读写并行，remove(e)和迭代器iterators需要获取2个锁。
LinkedBlockingQueue同步机制：

3.2 ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue底层基于数组，创建时必须指定队列大小，节点数量一开始就固定，“有界”
ArrayBlockingQueue入队和出队使用同一个lock（但数据读写操作已非常简洁），读取和写入操作无法并行。
ArrayBlockingQueue 同步机制：

3.3 对比

LinkedBlockingQueue使用双锁可并行读写，其吞吐量更高。
ArrayBlockingQueue在插入或删除元素时直接放入数组指定位置（putIndex、takeIndex），不会产生或销毁任何额外的对象实例；而LinkedBlockingQueue则会生成一个额外的Node对象，在高效并发处理大量数据时，对GC的影响存在一定的区别。
在大部分并发场景下，LinkedBlockingQueue的吞吐量ArrayBlockingQueue更好。

4. 工具类封装

V1

提取队列抽象方法类

/**
 * @author pushkin
 * @version v1.0.0
 * @date 2022/8/24 
 * 

 * Modification History:
 * Date         Author          Version            Description
 * ------------------------------------------------------------
 */

public abstract class AbstractCacheQueue<T> {
	// 注意根据你的数据评估，是否需要限制队列大小
    private final BlockingQueue<T> queue = new LinkedBlockingQueue<>();

    /**
     * 获取queue
     *
     * @return queue
     */
    BlockingQueue<T> getQueue() {
        return queue;
    }

    public boolean add(T obj) {
        return queue.offer(obj);
    }

    /**
     * 指定周期批量消费
     *
     * @param time 时间
     * @param size 批量消费的大小
     */
    abstract void batchConsume(long time, int size);

    /**
     * 指定周期单个消费
     *
     * @param time 时间
     */
    abstract void singleConsume(long time);

    /**
     * 停止消费
     *
     */
    abstract void stopConsume();

}

某一消息子类的实现：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author pushkin
 * @version v1.0.0
 * @date 2022/8/24
 * 

 * Modification History:
 * Date         Author          Version            Description
 * ------------------------------------------------------------
 */
public class MsgQueue extends AbstractCacheQueue<String>{

    private static volatile Boolean START_CONSUME = true;


    @Override
    public void batchConsume(long sleepTime, int size) {
        while (START_CONSUME) {
            try {
                List<String> batchList = new ArrayList<>();
                // eg: 1分钟消费500个
                getQueue().drainTo(batchList, size);
                Thread.sleep(sleepTime);
                if (!batchList.isEmpty()) {
                    System.out.println("==================================================");
                    System.out.println("批量消费: " + batchList.size());
                    // 此处改写为你的消费逻辑，可以进行批量处理
                    for (String t : batchList) {
                        System.out.println(System.currentTimeMillis()+" - 消费: "+ t);
                    }
                    System.out.println("==================================================");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @Override
    void singleConsume(long time) {

    }

    @Override
    void stopConsume() {
        START_CONSUME = false;
    }
}

5. 测试

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        MsgQueue msgQueue = new MsgQueue();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            msgQueue.add(String.valueOf(i));
        }
        // eg： 控制1秒，消费2个
        msgQueue.batchConsume(1000, 2);

    }
}

输出结果：

==================================================
批量消费: 2
1661274422642 - 消费: 0
1661274422642 - 消费: 1
==================================================
==================================================
批量消费: 2
1661274423659 - 消费: 2
1661274423660 - 消费: 3
==================================================
==================================================
批量消费: 2
1661274424673 - 消费: 4
1661274424673 - 消费: 5
==================================================
==================================================
批量消费: 2
1661274425684 - 消费: 6
1661274425684 - 消费: 7
==================================================
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批量消费: 2
1661274426685 - 消费: 8
1661274426685 - 消费: 9
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测试结果中，可以看到，周期性指定时间1s, 每个周期消费2条数据 （当不足2条时，等待1s后剩余的数据也会全部被消费）