全链路异步，让你的 SpringCloud 性能优化10倍+

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全链路异步，让你的 SpringCloud 性能优化10倍+

2023-02-13 11:11:09 来源：博客园

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(资料图)

背景

随着业务的发展，微服务应用的流量越来越大，使用到的资源也越来越多。

在微服务架构下，大量的应用都是 SpringCloud 分布式架构，这种架构，总体是全链路同步模式。

同步编程模式不仅造成了资源的极大浪费，并且在流量发生激增波动的时候，受制于系统资源而无法快速的扩容。

全球后疫情时代，降本增效是大背景。

如何降本增效？

可以通过技术升级，全链路同步模式，升级为 全链路异步模式。

尼恩作为40岁资深老架构师，带大家来做一把全链路异步模式改造，给大家看看研究成果，一定会惊到大家目瞪口呆。

本文作为全链路异步架构的知识，收录在尼恩《尼恩Java面试宝典》的架构专题中

注：本文以 PDF 持续更新，最新尼恩架构笔记、面试题的PDF文件，请从这里获取：码云

全链路同步模式架构图

先回顾一下全链路同步模式架构图

全链路同步模式，如何升级为 全链路异步模式，就是一个一个环节的异步化。

40岁老架构师尼恩，持续深化自己的3高架构知识宇宙，当然首先要去完成一次牛逼的全链路异步模式微服务实操，下面是尼恩的实操过程、效果、压测数据。

全链路异步模式

网关纯异步化（提升 9倍以上）

网关层的特点：

不需要访问业务数据库只做协议转换和流量转发
特点是 IO 密集型，特别适合纯异步的架构，可以极大的节省资源。

如何进行网关异步化？

使用高性能的通信框架Netty，这是一个基于NIO 非阻塞IO+ Reactor 纯异步线程模型的纯异步化框架。

网关的技术选型主要有 zuul，SpringCloud GetWay 。

zuul 1虽然使用的同步io，zuul2它也是使用异步的netty，但是没有和SpringCloud 框架集成
springcloud getway 它是基于spring 5.0 、spring boot 2.0 和spring reacter，为微服务提供一个简单有效的网关API路由接口。和SpringCloud 框架完美集成，目标是为了代替zuul

SpringCloud GetWay 是基于webFlux框架实现的，而WebFlux框架底层则使用了高性能的Reactor模式通信框架Netty。所以最终还是基于IO的王者组件Netty。

如果大家使用Zuul 1，那么升级为 SpringCloud GetWay，性能可以提升 9倍以上，

以上结论，是来自于尼恩的读者群（50+），如有疑问，可以来单挑。

总体来说，这个环节，是纯异步化最容易的。

这个环节，大部分已经升级到了 springcloud getway 已经使用了纯异步的架构；

Web 服务异步化（2W并发场景提升 20倍以上）

Web 服务作为微服务体系内的重要组成，服务节点众多，

Springboot的Web 服务默认为 Tomcat + Servlet 不支持纯异步化编程，

Tomcat + Servlet模式的问题：总体上没有使用Reactor 反应器模式，每一个请求是阻塞处理的，属于同步 Web 服务类型。

Servlet 有异步的版本，可惜没有用起来。具体请参考 40岁老架构师尼恩为大家整理的深度文章：

京东一面：20种异步，你知道几种？含协程

所以：跑在大家生产环境上的，还是Tomcat + Servlet 同步 Web 服务。

如何实现 Web 服务异步化：

方式一：基于 Netty 实现web服务
方式二：使用 WebFlux （还是 Netty 实现web服务）

Spring WebFlux是一个响应式堆栈 Web 框架，它是完全非阻塞的，支持响应式流(Reactive Stream)背压，并在Netty，Undertow和Servlet 3.1 +容器等服务器上运行

我们再来看一下对于 WebFlux 的对比测试数据（来自于参考文献1）：

可见，非阻塞的处理方式规避了线程排队等待的情况，从而可以用少量而固定的线程处理应对大量请求的处理。

还有更绝的，小伙伴又一步到位直接测试了一下20000用户的情况：

对 mvc 的测试由于出现了许多的请求fail，最终以失败告终；
而 WebFlux 应对20000用户已然面不改色心不慌，吞吐量达到7228 req/sec

注意：正好是10000用户下的两倍，绝对是真实数据！也就是说, 2W并发场景提升 20倍以上

95%响应时长仅117ms。

最后，再给出两个吞吐量和响应时长的图，更加直观地感受异步非阻塞的WebFlux是如何一骑绝尘的吧：

此时，我们更加理解了Nodejs的骄傲，不过我们大Java语言也有了Vert.x和现在的Spring WebFlux。

RPC 调用异步化（提升 9倍以上）

异步RPC 调用，等待upstream 上游 response 返回时，线程不处于block 状态

作为微服务架构中数据流量最大的一部分，RPC 调用异步化的收益巨大；

RPC 调用主要的框架有：

特点是：

feign 是同步IO 、阻塞模式的同步 RPC框架
dubbo 是基于Netty的非阻塞IO + Reactor 反应堆线程模型的异步RPC框架

40岁老架构师尼恩，完成了 SpringCloud + Dubbo RPC 的集成，在同一个微服务下，同时使用了Feign + Dubbo

然后进行了性能的对比验证

dubbo 的压测数据

wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/user/detail/v1?userId=1[root@centos1 src]# wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/user/detail/v1?userId=1Running 30s test @ http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/user/detail/v1?userId=1  8 threads and 200 connections  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev    Latency    30.10ms   45.68ms 644.45ms   95.43%    Req/Sec     1.12k   465.63     2.36k    66.87%  Latency Distribution     50%   18.94ms     75%   28.43ms     90%   46.21ms     99%  283.56ms  264316 requests in 30.07s, 148.47MB readRequests/sec:   8788.96Transfer/sec:      4.94MB

feign 的压测数据

wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/echo/variable/11[root@centos1 src]# wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/echo/variable/11Running 30s test @ http://cdh1:18081/dubbo-consumer-demo/echo/variable/11  8 threads and 200 connections  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev    Latency   321.50ms  294.59ms   2.00s    61.77%    Req/Sec    87.18     43.39   232.00     67.00%  Latency Distribution     50%  309.06ms     75%  503.06ms     90%  687.99ms     99%    1.21s  20495 requests in 30.10s, 7.64MB read  Socket errors: connect 0, read 0, write 0, timeout 49Requests/sec:    680.90Transfer/sec:    259.99KB

从数据来看， dubbo rpc 是feign rpc 性能10倍

当然，感兴趣的小伙伴，也可以自己实操一下，更有感触。

Cache异步化（提升2倍+）

Cache Aside 缓存模式，是大家通用的Cache使用方式，Cache纯异步的架构，必须使用异步存储层客户端，

主要有：

Redisson
Lettuce

Redisson、Lettuce如何选型？请参考40岁老架构师尼恩的文章：

Jedis那么低性能，还在用？赶紧换上 lettuce 吧

40岁老架构师尼恩，完成了自己的开发脚手架Crazy-SpringCloud 的Cache异步化，经过对比验证，性能提升足足2倍多

使用Lettuce的场景：

[root@centos1 ~]# wrk -t8 -c200 -d30s --latency   http://192.168.56.121:7703/uaa-react-provider/api/userCacheAside/detail/v1?userId=1Running 30s test @ http://192.168.56.121:7703/uaa-react-provider/api/userCacheAside/detail/v1?userId=1  8 threads and 200 connections  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev    Latency    18.29ms   13.56ms 213.57ms   89.56%    Req/Sec     1.51k   504.74     4.26k    72.86%  Latency Distribution     50%   14.56ms     75%   19.92ms     90%   31.20ms     99%   76.70ms  359546 requests in 30.10s, 53.15MB readRequests/sec:  11945.39Transfer/sec:      1.77MB

使用jedis的场景

wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://192.168.56.121:7702/uaa-provider/api/user/detailCacheAside/v1?userId=1   [root@centos1 src]#  wrk -t8 -c200 -d30s --latency  http://192.168.56.121:7702/uaa-provider/api/user/detailCacheAside/v1?userId=1Running 30s test @ http://192.168.56.121:7702/uaa-provider/api/user/detailCacheAside/v1?userId=1  8 threads and 200 connections  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev    Latency    42.20ms   44.79ms   1.11s    93.41%    Req/Sec   683.30    245.08     1.85k    67.39%  Latency Distribution     50%   32.65ms     75%   48.30ms     90%   72.32ms     99%  199.81ms  162271 requests in 30.09s, 71.96MB readRequests/sec:   5393.75Transfer/sec:      2.39MB

吞吐量从 5000 提升到 10000

99% 响应时间从199.81ms降低到 76.70ms

DB的异步化（假装提升10倍）

数据操作是每个请求调用链的终点，纯异步的架构必须使用异步存储层客户端，

比如说，可以使用纯异步化的框架 Spring Data R2DBC

在尼恩的Crazy-SpringCloud 脚手架纯异步化改造中，没有对的DB 进行异步化改造，为啥呢？DB是一个低吞吐的物种，对于DB而已，请求太多，反而忙不过来，造成整体的性能下降。

所以，尼恩没有对DB进行纯异步化改造，反而是进行隔离和保护：

参考 Hystrix 舱壁模式，通过 DB 的操作进行线程池隔离，
使用手写 Hystrix Command 的方式，进行 DB 操作的高压防护。

控制线程数和请求数，保护不至于拖垮DB

由于高压防护，在高并发场景能快速失败，所以肯定提升不止10倍，不过是假装提升10倍

纯异步与伪异步

异步调用目的在于防止当前业务线程被阻塞。

伪异步将任务包装为Runnable 放入另一个线程执行并等待，当前Biz 线程不阻塞；

纯异步为响应式编程模型，通过IO 实践驱动任务完成。

两个概念很重要，这里不做赘述，具体请参考 40岁老架构师尼恩为大家整理的深度文章：

京东一面：20种异步，你知道几种？含协程

全链路异步，让你的性能优化10倍+

降本增效时代，大家行动起来吧，对SpringCloud 微服务进行一场性能提升革命

想尽办法，让一台服务器，发挥10台的价值

特别提示：

在尼恩的全链路异步改造的过程中，大量使用了响应式编程。关于响应式编程的知识，请参考尼恩的深度文章：

Flux、Mono、Reactor 实战（史上最全）

遗憾的是，响应式编程非常复杂，

后面，尼恩还会有响应式编程专题的3高架构笔记pdf，做到通俗易懂，带大家轻轻松松成为响应式编程专家。

参考文献

https://blog.csdn.net/get_set/article/details/79492439

https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/17095086.html

https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/16127013.html

全链路异步，让你的 SpringCloud 性能优化10倍+

背景

全链路同步模式架构图

全链路异步模式

网关纯异步化（提升 9倍以上）

Web 服务异步化（2W并发场景提升 20倍以上）

RPC 调用异步化（提升 9倍以上）

Cache异步化（提升2倍+）

DB的异步化 （假装提升10倍）

纯异步与伪异步

全链路异步，让你的性能优化10倍+

参考文献

推荐阅读：

DB的异步化（假装提升10倍）