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前言

1.索引

1.1 没加索引

1.2 索引没生效

1.3 选错索引

2. sql优化

3. 远程调用

3.1 并行调用

3.2 数据异构

4. 重复调用

4.1 循环查数据库

4.2 死循环

4.3 无限递归

5. 异步处理

5.1 线程池

5.2 MQ

6. 避免大事务

7. 锁粒度

7.1 synchronized

7.2 redis分布式锁

7.3 数据库分布式锁

8.分页处理

8.1 同步调用

8.2 异步调用

9.加缓存

9.1 redis缓存

9.2 二级缓存

10. 分库分表

11. 辅助功能

11.1 开启慢查询日志

11.2 加监控

11.3 链路跟踪

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前言

大家好，我是月夜枫，很高兴我们又见面了！！！

接口性能优化对于从事后端开发的同学来说，肯定再熟悉不过了，因为它是一个跟开发语言无关的公共问题。

该问题说简单也简单，说复杂也复杂。

有时候，只需加个索引就能解决问题。

有时候，需要做代码重构。

有时候，需要增加缓存。

有时候，需要引入一些中间件，比如mq。

有时候，需要需要分库分表。

有时候，需要拆分服务。

等等。。。

导致接口性能问题的原因千奇百怪，不同的项目不同的接口，原因可能也不一样。

本文我总结了一些行之有效的，优化接口性能的办法，给有需要的朋友一个参考。

1.索引

接口性能优化大家第一个想到的可能是：优化索引。

没错，优化索引的成本是最小的。

你通过查看线上日志或者监控报告，查到某个接口用到的某条sql语句耗时比较长。

这时你可能会有下面这些疑问：

1. 该sql语句加索引了没？

2. 加的索引生效了没？

3. mysql选错索引了没？

1.1 没加索引

sql语句中where条件的关键字段，或者order by后面的排序字段，忘了加索引，这个问题在项目中很常见。

项目刚开始的时候，由于表中的数据量小，加不加索引sql查询性能差别不大。

后来，随着业务的发展，表中数据量越来越多，就不得不加索引了。

可以通过命令：

show index from `order`;

能单独查看某张表的索引情况。

也可以通过命令：

show create table `order`;

查看整张表的建表语句，里面同样会显示索引情况。

通过ALTER TABLE命令可以添加索引：

ALTER TABLE `order` ADD INDEX idx_name (name);

也可以通过CREATE INDEX命令添加索引：

CREATE INDEX idx_name ON `order` (name);

不过这里有一个需要注意的地方是：想通过命令修改索引，是不行的。

目前在mysql中如果想要修改索引，只能先删除索引，再重新添加新的。

删除索引可以用DROP INDEX命令：

ALTER TABLE `order` DROP INDEX idx_name;

用DROP INDEX命令也行：

DROP INDEX idx_name ON `order`;

1.2 索引没生效

通过上面的命令我们已经能够确认索引是有的，但它生效了没？此时你内心或许会冒出这样一个疑问。

那么，如何查看索引有没有生效呢？

答：可以使用explain命令，查看mysql的执行计划，它会显示索引的使用情况。

例如：

explain select * from `order` where code='002';

 

 通过这几列可以判断索引使用情况，执行计划包含列的含义如下图所示：

 

说实话，sql语句没有走索引，排除没有建索引之外，最大的可能性是索引失效了。

下面说说索引失效的常见原因：

 

如果不是上面的这些原因，则需要再进一步排查一下其他原因。

1.3 选错索引

此外，你有没有遇到过这样一种情况：明明是同一条sql，只有入参不同而已。有的时候走的索引a，有的时候却走的索引b？

没错，有时候mysql会选错索引。

必要时可以使用force index来强制查询sql走某个索引。

至于为什么mysql会选错索引，后面有专门的文章介绍的，这里先留点悬念。

2. sql优化

如果优化了索引之后，也没啥效果。

接下来试着优化一下sql语句，因为它的改造成本相对于java代码来说也要小得多。

下面给大家列举了sql优化的15个小技巧：

 

由于这些技巧在我之前的文章中已经详细介绍过了，在这里我就不深入了。

更详细的内容，可以看我的另一篇文章《15个必须知道的sql优化技巧》，相信看完你会有很多收获。

3. 远程调用

很多时候，我们需要在某个接口中，调用其他服务的接口。

比如有这样的业务场景：

在用户信息查询接口中需要返回：用户名称、性别、等级、头像、积分、成长值等信息。

而用户名称、性别、等级、头像在用户服务中，积分在积分服务中，成长值在成长值服务中。为了汇总这些数据统一返回，需要另外提供一个对外接口服务。

于是，用户信息查询接口需要调用用户查询接口、积分查询接口 和 成长值查询接口，然后汇总数据统一返回。

调用过程如下图所示：

 

调用远程接口总耗时 530ms = 200ms + 150ms + 180ms

显然这种串行调用远程接口性能是非常不好的，调用远程接口总的耗时为所有的远程接口耗时之和。

那么如何优化远程接口性能呢？

3.1 并行调用

上面说到，既然串行调用多个远程接口性能很差，为什么不改成并行呢？

如下图所示：

 

调用远程接口总耗时 200ms = 200ms（即耗时最长的那次远程接口调用）

在java8之前可以通过实现Callable接口，获取线程返回结果。

java8以后通过CompleteFuture类实现该功能。我们这里以CompleteFuture为例：

public UserInfo getUserInfo(Long id) throws InterruptedException, ExecutionException {
    final UserInfo userInfo = new UserInfo();
    CompletableFuture userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        getRemoteUserAndFill(id, userInfo);
        return Boolean.TRUE;
    }, executor);

    CompletableFuture bonusFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        getRemoteBonusAndFill(id, userInfo);
        return Boolean.TRUE;
    }, executor);

    CompletableFuture growthFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        getRemoteGrowthAndFill(id, userInfo);
        return Boolean.TRUE;
    }, executor);
    CompletableFuture.allOf(userFuture, bonusFuture, growthFuture).join();

    userFuture.get();
    bonusFuture.get();
    growthFuture.get();

    return userInfo;
}

温馨提醒一下，这两种方式别忘了使用线程池。示例中我用到了executor，表示自定义的线程池，为了防止高并发场景下，出现线程过多的问题。

3.2 数据异构

上面说到的用户信息查询接口需要调用用户查询接口、积分查询接口 和 成长值查询接口，然后汇总数据统一返回。

那么，我们能不能把数据冗余一下，把用户信息、积分和成长值的数据统一存储到一个地方，比如：redis，存的数据结构就是用户信息查询接口所需要的内容。然后通过用户id，直接从redis中查询数据出来，不就OK了？

如果在高并发的场景下，为了提升接口性能，远程接口调用大概率会被去掉，而改成保存冗余数据的数据异构方案。

 

但需要注意的是，如果使用了数据异构方案，就可能会出现数据一致性问题。

用户信息、积分和成长值有更新的话，大部分情况下，会先更新到数据库，然后同步到redis。但这种跨库的操作，可能会导致两边数据不一致的情况产生。

4. 重复调用

重复调用在我们的日常工作代码中可以说随处可见，但如果没有控制好，会非常影响接口的性能。

不信，我们一起看看。

4.1 循环查数据库

有时候，我们需要从指定的用户集合中，查询出有哪些是在数据库中已经存在的。

实现代码可以这样写：

public List queryUser(List searchList) {
    if (CollectionUtils.isEmpty(searchList)) {
        return Collections.emptyList();
    }

    List result = Lists.newArrayList();
    searchList.forEach(user -> result.add(userMapper.getUserById(user.getId())));
    return result;
}

这里如果有50个用户，则需要循环50次，去查询数据库。我们都知道，每查询一次数据库，就是一次远程调用。

如果查询50次数据库，就有50次远程调用，这是非常耗时的操作。

那么，我们如何优化呢？

具体代码如下：

public List queryUser(List searchList) {
    if (CollectionUtils.isEmpty(searchList)) {
        return Collections.emptyList();
    }
    List ids = searchList.stream().map(User::getId).collect(Collectors.toList());
    return userMapper.getUserByIds(ids);
}

提供一个根据用户id集合批量查询用户的接口，只远程调用一次，就能查询出所有的数据。

这里有个需要注意的地方是：id集合的大小要做限制，最好一次不要请求太多的数据。要根据实际情况而定，建议控制每次请求的记录条数在500以内。

4.2 死循环

有些小伙伴看到这个标题，可能会感到有点意外，死循环也算？

代码中不是应该避免死循环吗？为啥还是会产生死循环？

有时候死循环是我们自己写的，例如下面这段代码：

while(true) {
    if(condition) {
        break;
    }
    System.out.println("do samething");
}

这里使用了while(true)的循环调用，这种写法在CAS自旋锁中使用比较多。

当满足condition等于true的时候，则自动退出该循环。

如果condition条件非常复杂，一旦出现判断不正确，或者少写了一些逻辑判断，就可能在某些场景下出现死循环的问题。

出现死循环，大概率是开发人员人为的bug导致的，不过这种情况很容易被测出来。

还有一种隐藏的比较深的死循环，是由于代码写的不太严谨导致的。如果用正常数据，可能测不出问题，但一旦出现异常数据，就会立即出现死循环。

4.3 无限递归

如果想要打印某个分类的所有父分类，可以用类似这样的递归方法实现：

public void printCategory(Category category) {
  if(category == null 
      || category.getParentId() == null) {
     return;
  } 
  System.out.println("父分类名称："+ category.getName());
  Category parent = categoryMapper.getCategoryById(category.getParentId());
  printCategory(parent);
}

正常情况下，这段代码是没有问题的。

但如果某次有人误操作，把某个分类的parentId指向了它自己，这样就会出现无限递归的情况。导致接口一直不能返回数据，最终会发生堆栈溢出。

建议写递归方法时，设定一个递归的深度，比如：分类最大等级有4级，则深度可以设置为4。然后在递归方法中做判断，如果深度大于4时，则自动返回，这样就能避免无限循环的情况。

5. 异步处理

有时候，我们接口性能优化，需要重新梳理一下业务逻辑，看看是否有设计上不太合理的地方。

比如有个用户请求接口中，需要做业务操作，发站内通知，和记录操作日志。为了实现起来比较方便，通常我们会将这些逻辑放在接口中同步执行，势必会对接口性能造成一定的影响。

接口内部流程图如下：

 

这个接口表面上看起来没有问题，但如果你仔细梳理一下业务逻辑，会发现只有业务操作才是核心逻辑，其他的功能都是非核心逻辑。

在这里有个原则就是：核心逻辑可以同步执行，同步写库。非核心逻辑，可以异步执行，异步写库。

上面这个例子中，发站内通知和用户操作日志功能，对实时性要求不高，即使晚点写库，用户无非是晚点收到站内通知，或者运营晚点看到用户操作日志，对业务影响不大，所以完全可以异步处理。

通常异步主要有两种：多线程 和 mq。

5.1 线程池

使用线程池改造之后，接口逻辑如下：

发站内通知和用户操作日志功能，被提交到了两个单独的线程池中。

这样接口中重点关注的是业务操作，把其他的逻辑交给线程异步执行，这样改造之后，让接口性能瞬间提升了。

但使用线程池有个小问题就是：如果服务器重启了，或者是需要被执行的功能出现异常了，无法重试，会丢数据。

那么这个问题该怎么办呢？

5.2 MQ

使用mq改造之后，接口逻辑如下：

对于发站内通知和用户操作日志功能，在接口中并没真正实现，它只发送了mq消息到mq服务器。然后由mq消费者消费消息时，才真正的执行这两个功能。

这样改造之后，接口性能同样提升了，因为发送mq消息速度是很快的，我们只需关注业务操作的代码即可。

6. 避免大事务

很多小伙伴在使用spring框架开发项目时，为了方便，喜欢使用@Transactional注解提供事务功能。

没错，使用@Transactional注解这种声明式事务的方式提供事务功能，确实能少写很多代码，提升开发效率。

但也容易造成大事务，引发其他的问题。

下面用一张图看看大事务引发的问题。

 

从图中能够看出，大事务问题可能会造成接口超时，对接口的性能有直接的影响。

我们该如何优化大事务呢？

1. 少用@Transactional注解

2. 将查询(select)方法放到事务外

3. 事务中避免远程调用

4. 事务中避免一次性处理太多数据

5. 有些功能可以非事务执行

6. 有些功能可以异步处理

关于大事务问题我的另一篇文章《让人头痛的大事务问题到底要如何解决？》，它里面做了非常详细的介绍，如果大家感兴趣可以看看。

7. 锁粒度

在某些业务场景中，为了防止多个线程并发修改某个共享数据，造成数据异常。

为了解决并发场景下，多个线程同时修改数据，造成数据不一致的情况。通常情况下，我们会：加锁。

但如果锁加得不好，导致锁的粒度太粗，也会非常影响接口性能。

7.1 synchronized

在java中提供了synchronized关键字给我们的代码加锁。

通常有两种写法：在方法上加锁 和 在代码块上加锁。

先看看如何在方法上加锁：

public synchronized doSave(String fileUrl) {
    mkdir();
    uploadFile(fileUrl);
    sendMessage(fileUrl);
}

这里加锁的目的是为了防止并发的情况下，创建了相同的目录，第二次会创建失败，影响业务功能。

但这种直接在方法上加锁，锁的粒度有点粗。因为doSave方法中的上传文件和发消息方法，是不需要加锁的。只有创建目录方法，才需要加锁。

我们都知道文件上传操作是非常耗时的，如果将整个方法加锁，那么需要等到整个方法执行完之后才能释放锁。显然，这会导致该方法的性能很差，变得得不偿失。

这时，我们可以改成在代码块上加锁了，具体代码如下：

public void doSave(String path,String fileUrl) {
    synchronized(this) {
      if(!exists(path)) {
          mkdir(path);
       }
    }
    uploadFile(fileUrl);
    sendMessage(fileUrl);
}

这样改造之后，锁的粒度一下子变小了，只有并发创建目录功能才加了锁。而创建目录是一个非常快的操作，即使加锁对接口的性能影响也不大。

最重要的是，其他的上传文件和发送消息功能，任然可以并发执行。

当然，这种做在单机版的服务中，是没有问题的。但现在部署的生产环境，为了保证服务的稳定性，一般情况下，同一个服务会被部署在多个节点中。如果哪天挂了一个节点，其他的节点服务任然可用。

多节点部署避免了因为某个节点挂了，导致服务不可用的情况。同时也能分摊整个系统的流量，避免系统压力过大。

同时它也带来了新的问题：synchronized只能保证一个节点加锁是有效的，但如果有多个节点如何加锁呢?

答：这就需要使用：分布式锁了。目前主流的分布式锁包括：redis分布式锁、zookeeper分布式锁 和 数据库分布式锁。

由于zookeeper分布式锁的性能不太好，真实业务场景用的不多，这里先不讲。

下面聊一下redis分布式锁。

7.2 redis分布式锁

在分布式系统中，由于redis分布式锁相对于更简单和高效，成为了分布式锁的首先，被我们用到了很多实际业务场景当中。

使用redis分布式锁的伪代码如下：

public void doSave(String path,String fileUrl) {
  try {
    String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
    if ("OK".equals(result)) {
      if(!exists(path)) {
         mkdir(path);
         uploadFile(fileUrl);
         sendMessage(fileUrl);
      }
      return true;
    }
  } finally{
      unlock(lockKey,requestId);
  }  
  return false;
}

跟之前使用synchronized关键字加锁时一样，这里锁的范围也太大了，换句话说就是锁的粒度太粗，这样会导致整个方法的执行效率很低。

其实只有创建目录的时候，才需要加分布式锁，其余代码根本不用加锁。

于是，我们需要优化一下代码：

public void doSave(String path,String fileUrl) {
   if(this.tryLock()) {
      mkdir(path);
   }
   uploadFile(fileUrl);
   sendMessage(fileUrl);
}

private boolean tryLock() {
    try {
    String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
    if ("OK".equals(result)) {
      return true;
    }
  } finally{
      unlock(lockKey,requestId);
  }  
  return false;
}

上面代码将加锁的范围缩小了，只有创建目录时才加了锁。这样看似简单的优化之后，接口性能能提升很多。说不定，会有意外的惊喜喔。哈哈哈。

redis分布式锁虽说好用，但它在使用时，有很多注意的细节，隐藏了很多坑，如果稍不注意很容易踩中。详细内容可以看看我的另一篇文章《聊聊redis分布式锁的8大坑》

7.3 数据库分布式锁

mysql数据库中主要有三种锁：

• 表锁：加锁快，不会出现死锁。但锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低。

• 行锁：加锁慢，会出现死锁。但锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高。

• 间隙锁：开销和加锁时间界于表锁和行锁之间。它会出现死锁，锁定粒度界于表锁和行锁之间，并发度一般。

并发度越高，意味着接口性能越好。

所以数据库锁的优化方向是：

优先使用行锁，其次使用间隙锁，再其次使用表锁。

赶紧看看，你用对了没？

8.分页处理

有时候我会调用某个接口批量查询数据，比如：通过用户id批量查询出用户信息，然后给这些用户送积分。

但如果你一次性查询的用户数量太多了，比如一次查询2000个用户的数据。参数中传入了2000个用户的id，远程调用接口，会发现该用户查询接口经常超时。

调用代码如下：

List users = remoteCallUser(ids);

众所周知，调用接口从数据库获取数据，是需要经过网络传输的。如果数据量太大，无论是获取数据的速度，还是网络传输受限于带宽，都会导致耗时时间比较长。

那么，这种情况要如何优化呢？

答：分页处理。

将一次获取所有的数据的请求，改成分多次获取，每次只获取一部分用户的数据，最后进行合并和汇总。

其实，处理这个问题，要分为两种场景：同步调用 和 异步调用。

8.1 同步调用

如果在job中需要获取2000个用户的信息，它要求只要能正确获取到数据就好，对获取数据的总耗时要求不太高。

但对每一次远程接口调用的耗时有要求，不能大于500ms，不然会有邮件预警。

这时，我们可以同步分页调用批量查询用户信息接口。

具体示例代码如下：

List<List> allIds = Lists.partition(ids,200);

for(List batchIds:allIds) {
   List users = remoteCallUser(batchIds);
}

代码中我用的google的guava工具中的Lists.partition方法，用它来做分页简直太好用了，不然要巴拉巴拉写一大堆分页的代码。

8.2 异步调用

如果是在某个接口中需要获取2000个用户的信息，它考虑的就需要更多一些。

除了需要考虑远程调用接口的耗时之外，还需要考虑该接口本身的总耗时，也不能超时500ms。

这时候用上面的同步分页请求远程接口，肯定是行不通的。

那么，只能使用异步调用了。

代码如下：

List<List> allIds = Lists.partition(ids,200);

final List result = Lists.newArrayList();
allIds.stream().forEach((batchIds) -> {
   CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        result.addAll(remoteCallUser(batchIds));
        return Boolean.TRUE;
    }, executor);
})

使用CompletableFuture类，多个线程异步调用远程接口，最后汇总结果统一返回。

9.加缓存

解决接口性能问题，加缓存是一个非常高效的方法。

但不能为了缓存而缓存，还是要看具体的业务场景。毕竟加了缓存，会导致接口的复杂度增加，它会带来数据不一致问题。

在有些并发量比较低的场景中，比如用户下单，可以不用加缓存。

还有些场景，比如在商城首页显示商品分类的地方，假设这里的分类是调用接口获取到的数据，但页面暂时没有做静态化。

如果查询分类树的接口没有使用缓存，而直接从数据库查询数据，性能会非常差。

那么如何使用缓存呢？

9.1 redis缓存

通常情况下，我们使用最多的缓存可能是：redis和memcached。

但对于java应用来说，绝大多数都是使用的redis，所以接下来我们以redis为例。

由于在关系型数据库，比如：mysql中，菜单是有上下级关系的。某个四级分类是某个三级分类的子分类，这个三级分类，又是某个二级分类的子分类，而这个二级分类，又是某个一级分类的子分类。

这种存储结构决定了，想一次性查出这个分类树，并非是一件非常容易的事情。这就需要使用程序递归查询了，如果分类多的话，这个递归是比较耗时的。

所以，如果每次都直接从数据库中查询分类树的数据，是一个非常耗时的操作。

这时我们可以使用缓存，大部分情况，接口都直接从缓存中获取数据。操作redis可以使用成熟的框架，比如：jedis和redisson等。

用jedis伪代码如下：

String json = jedis.get(key);
if(StringUtils.isNotEmpty(json)) {
   CategoryTree categoryTree = JsonUtil.toObject(json);
   return categoryTree;
}
return queryCategoryTreeFromDb();

先从redis中根据某个key查询是否有菜单数据，如果有则转换成对象，直接返回。如果redis中没有查到菜单数据，则再从数据库中查询菜单数据，有则返回。

此外，我们还需要有个job每隔一段时间，从数据库中查询菜单数据，更新到redis当中，这样以后每次都能直接从redis中获取菜单的数据，而无需访问数据库了。

 

这样改造之后，能快速的提升性能。

但这样做性能提升不是最佳的，还有其他的方案，我们一起看看下面的内容。

9.2 二级缓存

上面的方案是基于redis缓存的，虽说redis访问速度很快。但毕竟是一个远程调用，而且菜单树的数据很多，在网络传输的过程中，是有些耗时的。

有没有办法，不经过请求远程，就能直接获取到数据呢？

答：使用二级缓存，即基于内存的缓存。

除了自己手写的内存缓存之后，目前使用比较多的内存缓存框架有：guava、Ehcache、caffine等。

我们在这里以caffeine为例，它是spring官方推荐的。

第一步，引入caffeine的相关jar包

    org.springframework.boot
    spring-boot-starter-cache


    com.github.ben-manes.caffeine
    caffeine
    2.6.0

第二步，配置CacheManager，开启EnableCaching

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
    @Bean
    public CacheManager cacheManager(){
        CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
        //Caffeine配置
        Caffeine