在高并發的場景下，異步是一個極其重要的優化方向。

前段時間，生產環境發生一次事故，筆者認為事故的場景非常具備典型性。

寫這篇文章，筆者想和大家深入探討該場景的架構優化方案。希望大家讀完之后，可以對異步有更深刻的理解。

一、業務場景

老師登錄教研平臺，會看到課程列表，點擊課程后，課程會以視頻的形式展現出來。

訪問課程詳情頁面，包含兩個核心動作：

• 讀取課程視頻信息 

從緩存服務器 Redis 獲取課程的視頻信息 ，返回給前端，前端通過視頻組件渲染。

• 寫入課程觀看行為記錄 

當教師觀看視頻的過程中，瀏覽器每隔3秒發起請求，教研服務將觀看行為記錄插入到數據庫表中。而且隨著用戶在線人數越多，寫操作的頻率也會指數級增長。

上線初期，這種設計運行還算良好，但隨著在線用戶的增多，系統響應越來越慢，大量線程阻塞在寫入視頻觀看進度表上的 Dao 方法上。

首先我們會想到一個非常直觀的方案，提升寫入數據庫的能力。

• 優化 SQL 語句；
• 提升 MySQL 數據庫硬件配置 ;
• 分庫分表。

這種方案其實也可以滿足我們的需求，但是通過擴容硬件并不便宜，另外寫操作可以允許適當延遲和丟失少量數據，那這種方案更顯得性價比不足。

那么架構優化的方向應該是：“減少寫動作的耗時，提升寫動作的并發度”， 只有這樣才能讓系統更順暢的運行。

于是，我們想到了第二種方案：寫請求異步化。

• 線程池模式
• 本地內存 + 定時任務
• MQ 模式
• Agent 服務 + MQ 模式

二、線程池模式

2014年，筆者在藝龍旅行網負責紅包系統相關工作。運營系統會調用紅包系統給特定用戶發送紅包，當這些用戶登錄 app 后，app 端會調用紅包系統的激活紅包接口 。

激活紅包接口是一個寫操作，速度也比較快(20毫秒左右)，接口的日請求量在2000萬左右。

應用訪問高峰期，紅包系統會變得不穩定，激活接口經常超時，筆者為了快速解決問題，采取了一個非常粗糙的方案：

"控制器收到請求后，將寫操作放入到獨立的線程池中后，立即返回給前端，而線程池會異步執行激活紅包方法"。

當時按照這種粗糙的方法優化后，紅包系統非常穩定，再也沒有出現接口響應超時的問題。

回到教研的場景，見下圖，我們也可以設計類似線程池模型的方案：

使用線程池模式，需要注意如下幾點：

• 線程數不宜過高，避免占用過多的數據庫連接 ;
• 需要考慮評估線程池隊列的大小，以免出現內存溢出的問題。

三、本地內存 + 定時任務

開源中國統計瀏覽數的方案非常經典。

用戶訪問過一次文章、新聞、代碼詳情頁面，訪問次數字段加 1 , 在 oschina 上這個操作是異步的，訪問的時候只是將數據在內存中保存，每隔固定時間將這些數據寫入數據庫。

示例代碼如下：

我們可以借鑒開源中國的方案 ：

• 控制器接收請求后，觀看進度信息存儲到本地內存 LinkedBlockingQueue 對象里；
• 異步線程每隔1分鐘從隊列里獲取數據 ，組裝成 List 對象，最后調用 Jdbc batchUpdate 方法批量寫入數據庫；
• 批量寫入主要是為了提升系統的整體吞吐量，每次批量寫入的 List 大小也不宜過大 。

這種方案優點是：不改動原有業務架構，簡單易用，性能也高。該方案同樣需要考慮內存溢出的風險。

四、MQ 模式

很多同學們會想到 MQ 模式 ，消息隊列最核心的功能是異步和解耦，MQ 模式架構清晰，易于擴展。

核心流程如下：

• 控制器接收寫請求，將觀看視頻行為記錄轉換成消息 ；
• 教研服務發送消息到 MQ  ，將寫操作成功信息返回給前端 ；
• 消費者服務從 MQ 中獲取消息 ，批量操作數據庫 。

這種方案優點是：

• MQ 本身支持高可用和異步，發送消息效率高 , 也支持批量消費;
• 消息在 MQ 服務端會持久化，可靠性要比保存在本地內存高；
• 不過 MQ 模式需要引入新的組件，增加額外的復雜度。

五、Agent 服務 + MQ 模式

互聯網大廠還有一種常見的異步的方案：Agent 服務 + MQ 模式。

教研服務器上部署 Agent 服務（獨立的進程） , 教研服務接收寫請求后，將請求按照固定的格式（比如 JSON ）寫入到磁盤中，然后給前端返回成功信息。

Agent 服務會監聽文件變動，將文件內容發送到消息隊列 , 消費者服務獲取觀看行為記錄，將其存儲到 MySQL 數據庫中。

這種方案最大的優點是：架構分層清晰，業務服務不需要引入 MQ 組件。

筆者原來接觸過的性能監控平臺，或者日志分析平臺都使用這種模式。

六、總結

學習需要一層一層遞進的思考。

第一層：什么場景下需要異步

• 大量寫操作占用了過多的資源，影響了系統的正常運行；
• 寫操作異步后，不影響主流程，允許適當延遲。

第二層：異步的外功心法

本文提到了四種異步方式：

• 線程池模式
• 本地內存 + 定時任務
• MQ 模式
• Agent 服務 + MQ 模式

它們的共同特點是：將寫操作命令存儲在一個池子后，立刻響應給前端，減少寫動作的耗時。任務服務異步從池子里獲取任務后執行。

第三層：異步的本質

在筆者看來，異步是更細粒度的使用系統資源的一種方式。

在教研課程詳情場景里，數據庫的資源是固定的，但寫操作占據大量數據庫資源，導致整個系統的阻塞，但寫操作并不是最核心的業務流程，它不應該占用那么多的系統資源。

不能為了異步而異步，無論是使用線程池，還是本地內存 + 定時任務 ，亦或是 MQ ，對數據庫資源的使用都需要在合理的范圍內，否則異步就達不到我們想要的效果。