5个接口性能提升的通用技巧

蔚落 2024-02-05 17:38 44阅读 0赞

### 前言 ###

作为后端开发人员，我们总是在编写各种API，无论是为前端web提供数据支持的`HTTP REST API` ，还是提供内部使用的`RPC API`。这些API在服务初期可能表现不错，但随着用户数量的增长，一开始响应很快的API越来越慢，直到用户抱怨：“你的系统太糟糕了。” 我只是浏览网页。为什么这么慢？”。这时候你就需要考虑如何优化你的API性能了。

要想提高你的API的性能，我们首先要知道哪些问题会导致接口响应慢。API设计需要考虑很多方面。开发语言层面只占一小部分。哪个部分设计不好就会成为性能瓶颈。影响API性能的因素有很多，总结如下：

*  数据库慢查询
 *  复杂的业务逻辑
 *  糟糕的代码
 *  资源不足
 *  ........

在这篇文章中，我总结了一些行之有效的API性能优化技巧，希望能给有需要的朋友一些帮助。

### 1. 并发调用 ###

假设我们现在有一个电子商务系统需要提交订单。该功能需要调用库存系统进行库存查扣，还需要获取用户地址信息。最后调用风控系统判断本次交易无风险。这个接口的设计大部分可能会把接口设计成一个顺序执行的接口。毕竟我们需要获取到用户地址信息，完成库存扣减，才能进行下一步。伪代码如下：

public Boolean submitOrder(orderInfo orderInfo) {
    
    	//check stock
    	stockService.check();
    	//invoke addressService
    	addressService.getByUser();
    	//risk control
    	riskControlSerivce.check();
    	
    	return doSubmitOrder(orderInfo);
    }

如果我们仔细分析这个函数，就会发现几个方法调用之间并没有很强的依赖关系。而且这三个系统的调用都比较耗时。假设这些系统的调用耗时分布如下

*  `stockService.check()`需要 `150` 毫秒。
 *  `addressService.getByUser()`需要 `200` 毫秒。
 *  `riskControlSerivce.check()`需要 `300` 毫秒。

如果顺序调用此API，则整个API的执行时间为`650ms（150ms+200ms+300ms）`。如果能转化为并行调用，API的执行时间为`300ms`，性能直接提升`50%`。使用并行调用，大致代码如下：

public Boolean submitOrder(orderInfo orderInfo) {
    
    	//check stock
    	CompletableFuture<Void> stockFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return stockService.check(); 
        }, executor);
    	//invoke addressService
    	CompletableFuture<Address> addressFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return addressService.getByUser();
        }, executor);
    	//risk control
    	CompletableFuture<Void> riskFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return 	riskControlSerivce.check();
        }, executor);
    
    	CompletableFuture.allOf(stockFuture, addressFuture, riskFuture);
    	stockFuture.get();
    	addressFuture.get();
    	riskFuture.get();
    	return doSubmitOrder(orderInfo);
    }

### 2. 避免大事务 ###

所谓大事务，就是历经时间很长的事务。如果使用Spring `@Transaction`管理事务，需要注意是否不小心启动了大事务。因为Spring的事务管理原理是将多个事务合并到一个执行中，如果一个API里面有多个数据库读写，而且这个API的并发访问量比较高，很可能大事务会导致太大大量数据锁在数据库中，造成大量阻塞，数据库连接池连接耗尽。

@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
    public Boolean submitOrder(orderInfo orderInfo) {
    
        //check stock
        stockService.check();
        //invoke addressService
        addressService.getByUser();
        //risk control
        riskControlRpcApi.check();
        
        orderService.insertOrder(orderInfo);
        orderDetailService.insertOrderDetail(orderInfo);
        
        return true;
    }

相信在很多人写的业务中都出现过这种代码，远程调用操作，一个非DB操作，混合在持久层代码中，这种代码绝对是一个大事务。它不仅需要查询用户地址和扣除库存，还需要插入订单数据和订单明细。这一系列操作需要合并到同一个事务中。如果RPC响应慢，当前线程会一直占用数据库连接，导致并发场景下数据库连接耗尽。不仅如此，如果事务需要回滚，你的API响应也会因为回滚慢而变慢。

这个时候就需要考虑减小事务了，我们可以把非事务操作和事务操作分开，像这样：

@Autowired
    private OrderDaoService orderDaoService;
    
    public Boolean submitOrder(OrderInfo orderInfo) {
    
        //invoke addressService
        addressService.getByUser();
        //risk control
        riskControlRpcApi.check();
        return orderDaoService.doSubmitOrder(orderInfo);
    }
    
    @Service
    public class OrderDaoService{
    
        @Transactional(rollbackFor=Exception.class)
        public Boolean doSubmitOrder(OrderInfo orderInfo) {
            //check stock
            stockService.check();
            orderService.insertOrder(orderInfo);
            orderDetailService.insertOrderDetail(orderInfo);
            return true;
        }
    }

或者，您可以使用 spring 的编程事务`TransactionTemplate`。

@Autowired
    private TransactionTemplate transactionTemplate;
    
    public void submitOrder(OrderInfo orderInfo) {
    
    	//invoke addressService
    	addressService.getByUser();
    	//risk control
    	riskControlRpcApi.check();
    	return transactionTemplate.execute(()->{
    		return doSubmitOrder(orderInfo);
    	})
    }
    
    public Boolean doSubmitOrder(OrderInfo orderInfo) {
    		//check stock
    		stockService.check();
    		orderService.insertOrder(orderInfo);
    		orderDetailService.insertOrderDetail(orderInfo);
    		return true;
    	}

### 3. 添加合适的索引 ###

我们的服务在运行初期，系统需要存储的数据量很小，可能是数据库没有加索引来快速存储和访问数据。但是随着业务的增长，单表数据量不断增加，数据库的查询性能变差。这时候我们应该给你的数据库表添加适当的索引。可以通过命令查看表的索引（这里以MySQL为例）。

javascript

复制代码

``show index from `your_table_name`;``

`ALTER TABLE`通过命令添加索引。

sql

复制代码

``ALTER TABLE `your_table_name` ADD INDEX index_name(username);``

有时候，即使加了一些索引，数据查询还是很慢。这时候你可以使用`explain`命令查看执行计划来判断你的SQL语句是否命中了索引。例如:

explain select * from product_info where type=0;

你会得到一个分析结果：

![format_png][]

一般来说，索引失效有几种情况：

*  不满足最左前缀原则。例如，您创建一个组合索引`idx(a,b,c)`。但是你的SQL语句是这样写的`select * from tb1 where b='xxx' and c='xxxx';`。
 *  索引列使用算术运算。`select * from tb1 where a%10=0`;
 *  索引列使用函数。`select * from tb1 where date_format(a,'%m-%d-%Y')='2023-01-02';`
 *  `like`使用关键字的模糊查询。`select * from tb1 where a like '%aaa'`;
 *  使用`not in`或`not exist`关键字。
 *  等等

### 4. 返回更少的数据 ###

如果我们查询大量符合条件的数据，我们不需要返回所有数据。我们可以通过分页的方式增量提供数据。这样，我们需要通过网络传输的数据更少，编码和解码数据的时间更短，API 响应更快。

但是，传统的`limit offset`方法用于 `paging( select * from product limit 10000,20)`。当页面数量很大时，查询会越来越慢。这是因为使用的原理`limit offset`是找出`10000`条数据，然后丢弃前面的`9980`条数据。我们可以使用延迟关联来优化此 SQL。

select * from product where id in (select id from product limit 10000,20);

### 5. 使用缓存 ###

缓存是一种以空间换时间的解决方案。一些用户经常访问的数据直接缓存在内存中。因为内存的读取速度远快于磁盘IO，所以我们也可以通过适当的缓存来提高API的性能。简单的，我们可以使用Java的`HashMap`、`ConcurrentHashMap`，或者`caffeine`等本地缓存，或者`Memcached`、`Redis`等分布式缓存中间件。

### 总结 ###

我在这里列出了五个通用的 API 性能优化技巧，这些技巧只有在系统有一定的并发压力时才有效。如果本文对你有帮助的话，请留下一个赞吧。

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