前言

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：

该sql语句加索引了没?

加的索引生效了没?

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：

1. show index from `order`;

能单独查看某张表的索引情况。

也可以通过命令：

1. 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：

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

也可以通过CREATE INDEX命令添加索引：

1. 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：

1. ALTER TABLE `order` DROP INDEX idx_name;

用DROP INDEX命令也行：

1. 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：

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

结果：

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：

如果你想进一步了解explain的详细用法，可以看看我的另一篇文章《explain | 索引优化的这把绝世好剑，你真的会用吗?》

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《聊聊sql优化的15个小技巧》，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：

1. public UserInfo getUserInfo(Long id) throws InterruptedException, ExecutionException {
2. final UserInfo userInfo = new UserInfo();
3. CompletableFuture userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
4. getRemoteUserAndFill(id, userInfo);
5. return Boolean.TRUE;
6. }, executor);
8. CompletableFuture bonusFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
9. getRemoteBonusAndFill(id, userInfo);
10. return Boolean.TRUE;
11. }, executor);
13. CompletableFuture growthFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
14. getRemoteGrowthAndFill(id, userInfo);
15. return Boolean.TRUE;
16. }, executor);
17. CompletableFuture.allOf(userFuture, bonusFuture, growthFuture).join();
19. userFuture.get();
20. bonusFuture.get();
21. growthFuture.get();
23. return userInfo;
24. }

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：

1. public List<User> queryUser(List<User> searchList) {
2. if (CollectionUtils.isEmpty(searchList)) {
3. return Collections.emptyList();
4. }
6. List<User> result = Lists.newArrayList();
7. searchList.forEach(user -> result.add(userMapper.getUserById(user.getId())));
8. return result;
9. }

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：

1. public List<User> queryUser(List<User> searchList) {
2. if (CollectionUtils.isEmpty(searchList)) {
3. return Collections.emptyList();
4. }
5. List ids = searchList.stream().map(User::getId).collect(Collectors.toList());
6. return userMapper.getUserByIds(ids);
7. }

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：

1. while(true) {
2. if(condition) {
3. break;
4. }
5. System.out.println("do samething");
6. }

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：

1. public void printCategory(Category category) {
2. if(category == null
3. || category.getParentId() == null) {
4. return;
5. }
6. System.out.println("父分类名称："+ category.getName());
7. Category parent = categoryMapper.getCategoryById(category.getParentId());
8. printCategory(parent);
9. }

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：

1. public synchronized doSave(String fileUrl) {
2. mkdir();
3. uploadFile(fileUrl);
4. sendMessage(fileUrl);
5. }

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：

1. public void doSave(String path,String fileUrl) {
2. synchronized(this) {
3. if(!exists(path)) {
4. mkdir(path);
5. }
6. }
7. uploadFile(fileUrl);
8. sendMessage(fileUrl);
9. }

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：

1. public void doSave(String path,String fileUrl) {
2. try {
3. String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
4. if ("OK".equals(result)) {
5. if(!exists(path)) {
6. mkdir(path);
7. uploadFile(fileUrl);
8. sendMessage(fileUrl);
9. }
10. return true;
11. }
12. } finally{
13. unlock(lockKey,requestId);
14. }
15. return false;
16. }

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：

1. public void doSave(String path,String fileUrl) {
2. if(this.tryLock()) {
3. mkdir(path);
4. }
5. uploadFile(fileUrl);
6. sendMessage(fileUrl);
7. }
9. private boolean tryLock() {
10. try {
11. String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
12. if ("OK".equals(result)) {
13. return true;
14. }
15. } finally{
16. unlock(lockKey,requestId);
17. }
18. return false;
19. }

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：

1. List<User> 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：

1. List> allIds = Lists.partition(ids,200);
3. for(List batchIds:allIds) {
4. List<User> users = remoteCallUser(batchIds);
5. }

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：

1. List> allIds = Lists.partition(ids,200);
3. final List<User> result = Lists.newArrayList();
4. allIds.stream().forEach((batchIds) -> {
5. CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
6. result.addAll(remoteCallUser(batchIds));
7. return Boolean.TRUE;
8. }, executor);
9. })

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：

1. String json = jedis.get(key);
2. if(StringUtils.isNotEmpty(json)) {
3. CategoryTree categoryTree = JsonUtil.toObject(json);
4. return categoryTree;
5. }
6. 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

2. org.springframework.boot
3. spring-boot-starter-cache
6. com.github.ben-manes.caffeine
7. caffeine
8. 2.6.0

第二步，配置CacheManager，开启EnableCaching

1. @Configuration
2. @EnableCaching
3. public class CacheConfig {
4. @Bean
5. public CacheManager cacheManager(){
6. CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
7. //Caffeine配置
8. Caffeine