Springboot3介紹

Springboot3.0打造能落地的高并發(fā)仿12306售票系統(tǒng)

下栽の地止：https://lexuecode.com/6719.html

從 2018 年 2 月 28 號(hào)發(fā)布 Spring Boot 2.0 版本開(kāi)始，整個(gè) 2.X 版本已經(jīng)經(jīng)過(guò)了 4 年多的時(shí)間，累計(jì)發(fā)布了 95 個(gè)不同的版本，而就在前不久，2.X 系列的也已經(jīng)迎來(lái)了他的最終版本：2.7。
前幾天我還寫了一篇關(guān)于 Spring Boot 從 2.1 版本升級(jí)到 2.7 的文章，而現(xiàn)在，Spring Boot 3.0 也要來(lái)了！
時(shí)間就定在本月的 24 號(hào)，Spring Boot 將要發(fā)布 3.0 的最終 RELEASE 版本。
截止到現(xiàn)在為止，Spring Boot3已經(jīng)發(fā)布了 6 個(gè)版本，累計(jì) 5 個(gè)里程碑版本，2 個(gè) RC 候選版，現(xiàn)在就跟著我一起看下 Spring Boot 3.0 將會(huì)要哪些重大的變化。
JAVA 17
對(duì)于我們比較關(guān)注的第一個(gè)最重要的事情就是，Spring Boot3 版本最低支持 Java17，還在萬(wàn)年 Java8 的同學(xué)，該升級(jí)就升級(jí)了吧，這里介紹一下關(guān)于 Java17 之后的一些重要改變。
record
record 是在 Java14中引入的，openjdk.org/jeps/395 。
以前我們寫一個(gè)類需要寫一堆 get、set 方法，后來(lái)有了lombok之后這些都省了，現(xiàn)在 Java 給我們提供了原生的寫法。
public record User() {}
復(fù)制代碼
本質(zhì)上 record 修飾之后的類就是一個(gè) final 類，而且他的父類不是 Object，也不是余某軍，而是 java.lang.Record。
record 類屬性只能聲明在頭部，所有的成員變量都是 public final 的，而且只能聲明靜態(tài)屬性，但是可以聲明成員方法和靜態(tài)方法。
public record User(String username) {
static int id;
public String getName(){
return this.username;
}
}
復(fù)制代碼
text blocks
text blocks 文本塊是在 Java13 引入的，并且在 Java15 版本成為永久特性，openjdk.org/jeps/378。
以前我們復(fù)制一個(gè)多行的字符串到 Java 里，會(huì)自動(dòng)加上行終止符。
String sql = "SELECT\n" +
"\t* \n" +
"FROM\n" +
"\tsys_user0 \n" +
"WHERE\n" +
"\tuser_name = 'abc'";
復(fù)制代碼
而有了文本塊的功能之后，可以幫助我們更方便的定義包含多行文本的字符串字面量，他使用三引號(hào)作為開(kāi)始和結(jié)束的分隔符。
String sqlBlock = """
SELECT
*
FROM
sys_user0
WHERE
user_name = 'abc'
""";
復(fù)制代碼
switch表達(dá)式
switch表達(dá)式是在 Java12 中引入的，在 Java14 成為永久特性，openjdk.org/jeps/361。
升級(jí)后的 switch 其實(shí)包含兩個(gè)特性，一個(gè)是允許 case 使用多個(gè)常量，另外一個(gè)就是有返回值。
新增case x-> 語(yǔ)法，使用方面更加簡(jiǎn)潔，而且不需要再每個(gè) case 寫一個(gè) break了。
String name = "xiao";
int ret = switch (name) {
case "ai" -> 1;
case "xiao", "xian" -> 2;
default -> 0;
};
復(fù)制代碼
Pattern Matching 模式匹配
模式匹配可以幫助我們簡(jiǎn)化instanceof代碼。
if (obj instanceof String s) {
System.out.println(s.toLowerCase());
}
復(fù)制代碼
還可以在 switch-case 語(yǔ)句使用：
static double getDoubleUsingSwitch(Object o) {
return switch (o) {
case Integer i -> i.doubleValue();
case Float f -> f.doubleValue();
case String s -> Double.parseDouble(s);
default -> 0d;
};
}
復(fù)制代碼
sealed 密封類
sealed 在 Java15中引入，在 Java17成為永久特性。
sealed 密封類的主要作用就是限制類的繼承。
比如我們有 Animal類，Dog 和 Cat 分別繼承它，實(shí)現(xiàn)了 eat 方法，他們吃的動(dòng)作是不一樣的，但是我們不希望人能繼承 Animal，不允許他去繼承動(dòng)物吃的行為，就可以像下面這樣通過(guò) sealed 和 permits 關(guān)鍵字限制它是一個(gè)密封類，只有貓和狗能夠繼承它。
需要注意，父類被定義為 sealed 之后，子類必須是 sealed、 non-sealed 或者 final。
public abstract sealed class Animal permits Cat, Dog {

public abstract void eat();
}

public non-sealed class Dog extends Animal{
@Override
public void eat() {
System.out.println("dog eat");
}
}

public non-sealed class Cat extends Animal{
@Override
public void eat() {
System.out.println("cat eat");
}
}
復(fù)制代碼
Jakarta EE 9
另外一個(gè)很重要的變化就是本次升級(jí)之后，最低只支持 Jakarta EE 9，使用 Servlet5.0 和 JPA3.0 規(guī)范，不過(guò)最新版本RC2已經(jīng)升級(jí)到了 JakartaEE 10，默認(rèn)使用 Servlet6.0 和 JPA3.1 規(guī)范。
有些同學(xué)可能連 Jakarta 是什么都不知道，這個(gè)英文單詞是印尼首都雅加達(dá)的意思，其實(shí)就是我們知道的 JavaEE 改名之后就叫 JakartaEE，比如我們之前的javax.servlet包現(xiàn)在就叫jakarta.servlet。
也因此，代碼中所有使用到比如 HttpServletRequest 對(duì)象的 import 都需要修改。
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
改為
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
復(fù)制代碼
Spring Native
Spring Native 也是升級(jí)的一個(gè)重大特性，支持使用 GraalVM 將 Spring 的應(yīng)用程序編譯成本地可執(zhí)行的鏡像文件，可以顯著提升啟動(dòng)速度、峰值性能以及減少內(nèi)存使用。
我們傳統(tǒng)的應(yīng)用都是編譯成字節(jié)碼，然后通過(guò) JVM 解釋并最終編譯成機(jī)器碼來(lái)運(yùn)行，而 Spring Native 則是通過(guò) AOT 提前編譯為機(jī)器碼，在運(yùn)行時(shí)直接靜態(tài)編譯成可執(zhí)行文件，不依賴 JVM。
關(guān)于 AOT 技術(shù)，在我之前寫過(guò)的文章中有提及到：這樣優(yōu)化Spring Boot，啟動(dòng)速度快到飛起!。
演示
這里我簡(jiǎn)單演示一下怎么使用，首先我們需要做一些準(zhǔn)備工作：

1. www.graalvm.org/downloads/ 下載GraalVM，指定JAVA_HOME，export JAVA_HOME=/Users/user/Desktop/graalvm-ce-java17-22.3.0/Contents/Home
2. 下載個(gè)新一點(diǎn)的 IDEA，比如我使用的是最新的 EAP 版本
3. 下載個(gè)新一點(diǎn)的 JDK，比如使用 JDK17

然后通過(guò) Spring Initialzr 創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，使用最新版本Spring Boot 3.0.0-SNAPSHOT，勾選GraalVM Native Support，創(chuàng)建好項(xiàng)目之后添加一個(gè)測(cè)試的Controller。
@RestController
public class TestController {

@GetMapping("/")
public String hello(){
return "GraalVM ...";
}
}
復(fù)制代碼
然后直接運(yùn)行程序，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)間花費(fèi)了大概 1 秒。

然后執(zhí)行命令，生成鏡像文件：
./gradlew nativeCompile
復(fù)制代碼
這個(gè)過(guò)程挺耗時(shí)的，花了大概 2 分多鐘才生成好。

最后執(zhí)行命令：
./build/native/nativeCompile/demo2
復(fù)制代碼
我們看到，最終啟動(dòng)時(shí)間是 0.082 秒，快了 10 多倍。

這里我使用的是 gradle，如果使用 maven 的話，使用如下的命令：
1. mvnw -Pnative native:compile
2. ./target/demo2
復(fù)制代碼
其他依賴升級(jí)
Spring Boot 3 最低依賴 Spring6 版本，因此對(duì)應(yīng)的 Spring 版本也該換了（不會(huì)有人還在用 Spring2 的吧），其他的依賴升級(jí)如下：

? Kotlin 1.7+
? Lombok 1.18.22+ (JDK17 support支持版本）
? Gradle 7.3+

另外我想說(shuō)的是，SpringBoot2.7引入了新的自動(dòng)裝配方式META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports，原來(lái)的寫法spring.factories在 3.0 版本以下還能兼容，3.0 新版本之后，老的寫法spring.factories不能使用了，中間件相關(guān)的開(kāi)發(fā)同學(xué)要注意了。
其他一些關(guān)于配置的變化，Spring MVC 的一些小變化就不說(shuō)了，更新日志到時(shí)候都可以看到。
最后，如果想升級(jí)的話，在新版本發(fā)布之后，會(huì)有一個(gè)基于Spring Boot 2.7 版本的遷移指南

Springboot3.0打高并發(fā)仿12306系統(tǒng) - 大型分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)

一般網(wǎng)站，剛開(kāi)始的做法，是三臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)部署應(yīng)用，一臺(tái)部署數(shù)據(jù)庫(kù)，一臺(tái)部署NFS文件系統(tǒng)。

這是前幾年比較傳統(tǒng)的做法，之前見(jiàn)到一個(gè)網(wǎng)站10萬(wàn)多會(huì)員，垂直服裝設(shè)計(jì)門戶，N多圖片。使用了一臺(tái)服務(wù)器部署了應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)以及圖片存儲(chǔ)。出現(xiàn)了很多性能問(wèn)題。

如下圖：



但是，目前主流的網(wǎng)站架構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。一般都會(huì)采用集群的方式，進(jìn)行高可用設(shè)計(jì)。至少是下面這個(gè)樣子：



使用集群對(duì)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行冗余，實(shí)現(xiàn)高可用；（負(fù)載均衡設(shè)備可與應(yīng)用一塊部署）
使用數(shù)據(jù)庫(kù)主備模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份和高可用；
4、系統(tǒng)容量預(yù)估
預(yù)估步驟：

注冊(cè)用戶數(shù)-日均UV量-每日的PV量-每天的并發(fā)量；
峰值預(yù)估：平常量的2~3倍；
根據(jù)并發(fā)量（并發(fā)，事務(wù)數(shù)），存儲(chǔ)容量計(jì)算系統(tǒng)容量。
根據(jù)客戶需求：3~5年用戶數(shù)達(dá)到1000萬(wàn)注冊(cè)用戶，可以做每秒并發(fā)數(shù)預(yù)估：

每天的UV為200萬(wàn)（二八原則）；
每日每天點(diǎn)擊瀏覽30次；
PV量：200*30=6000萬(wàn)；
集中訪問(wèn)量：24*0.2=4.8小時(shí)會(huì)有6000萬(wàn)*0.8=4800萬(wàn)（二八原則）；
每分并發(fā)量：4.8*60=288分鐘，每分鐘訪問(wèn)4800/288=16.7萬(wàn)（約等于）；
每秒并發(fā)量：16.7萬(wàn)/60=2780（約等于）；
假設(shè)：高峰期為平常值的三倍，則每秒的并發(fā)數(shù)可以達(dá)到8340次。
1毫秒=1.3次訪問(wèn)；
沒(méi)好好學(xué)數(shù)學(xué)后悔了吧？?。ú恢酪陨纤闶欠裼绣e(cuò)誤，呵呵~~）

服務(wù)器預(yù)估：（以tomcat服務(wù)器舉例）

按一臺(tái)web服務(wù)器，支持每秒300個(gè)并發(fā)計(jì)算。平常需要10臺(tái)服務(wù)器（約等于）；[tomcat默認(rèn)配置是150]，高峰期需要30臺(tái)服務(wù)器；

容量預(yù)估：70/90原則

系統(tǒng)CPU一般維持在70%左右的水平，高峰期達(dá)到90%的水平，是不浪費(fèi)資源，并比較穩(wěn)定的。內(nèi)存，IO類似。

以上預(yù)估僅供參考，因?yàn)榉?wù)器配置，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜度等都有影響。在此CPU，硬盤，網(wǎng)絡(luò)等不再進(jìn)行評(píng)估。

5、網(wǎng)站架構(gòu)分析
根據(jù)以上預(yù)估，有幾個(gè)問(wèn)題：

需要部署大量的服務(wù)器，高峰期計(jì)算，可能要部署30臺(tái)Web服務(wù)器。并且這三十臺(tái)服務(wù)器，只有秒殺，活動(dòng)時(shí)才會(huì)用到，存在大量的浪費(fèi)。
所有的應(yīng)用部署在同一臺(tái)服務(wù)器，應(yīng)用之間耦合嚴(yán)重。需要進(jìn)行垂直切分和水平切分。
大量應(yīng)用存在冗余代碼
服務(wù)器Session同步耗費(fèi)大量?jī)?nèi)存和網(wǎng)絡(luò)帶寬
數(shù)據(jù)需要頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)壓力巨大。
大型網(wǎng)站一般需要做以下架構(gòu)優(yōu)化（優(yōu)化是架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮的，一般從架構(gòu)/代碼級(jí)別解決，調(diào)優(yōu)主要是簡(jiǎn)單參數(shù)的調(diào)整，比如JVM調(diào)優(yōu)；如果調(diào)優(yōu)涉及大量代碼改造，就不是調(diào)優(yōu)了，屬于重構(gòu)）：

業(yè)務(wù)拆分
應(yīng)用集群部署（分布式部署，集群部署和負(fù)載均衡）
多級(jí)緩存
單點(diǎn)登錄（分布式Session）
數(shù)據(jù)庫(kù)集群（讀寫分離，分庫(kù)分表）
服務(wù)化
消息隊(duì)列
其他技術(shù)
6、網(wǎng)站架構(gòu)優(yōu)化
（1）業(yè)務(wù)拆分

根據(jù)業(yè)務(wù)屬性進(jìn)行垂直切分，劃分為產(chǎn)品子系統(tǒng)，購(gòu)物子系統(tǒng)，支付子系統(tǒng)，評(píng)論子系統(tǒng)，客服子系統(tǒng)，接口子系統(tǒng)（對(duì)接如進(jìn)銷存，短信等外部系統(tǒng)）。

根據(jù)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行等級(jí)定義，可分為核心系統(tǒng)和非核心系統(tǒng)。核心系統(tǒng)：產(chǎn)品子系統(tǒng)，購(gòu)物子系統(tǒng)，支付子系統(tǒng)；非核心：評(píng)論子系統(tǒng)，客服子系統(tǒng)，接口子系統(tǒng)。

業(yè)務(wù)拆分作用：提升為子系統(tǒng)可由專門的團(tuán)隊(duì)和部門負(fù)責(zé)，專業(yè)的人做專業(yè)的事，解決模塊之間耦合以及擴(kuò)展性問(wèn)題；每個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)部署，避免集中部署導(dǎo)致一個(gè)應(yīng)用掛了，全部應(yīng)用不可用的問(wèn)題。

等級(jí)定義作用：用于流量突發(fā)時(shí)，對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)雅降級(jí)；保護(hù)關(guān)鍵應(yīng)用不受到影響。

拆分后的架構(gòu)圖：



參考部署方案2



如上圖每個(gè)應(yīng)用單獨(dú)部署，核心系統(tǒng)和非核心系統(tǒng)組合部署

（2）應(yīng)用集群部署（分布式，集群，負(fù)載均衡）

分布式部署：將業(yè)務(wù)拆分后的應(yīng)用單獨(dú)部署，應(yīng)用直接通過(guò)RPC進(jìn)行遠(yuǎn)程通信；

集群部署：電商網(wǎng)站的高可用要求，每個(gè)應(yīng)用至少部署兩臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行集群部署；

負(fù)載均衡：是高可用系統(tǒng)必須的，一般應(yīng)用通過(guò)負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)高可用，分布式服務(wù)通過(guò)內(nèi)置的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)高可用，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)主備方式實(shí)現(xiàn)高可用。

集群部署后架構(gòu)圖：



（3）多級(jí)緩存
緩存按照存放的位置一般可分為兩類本地緩存和分布式緩存。本案例采用二級(jí)緩存的方式，進(jìn)行緩存的設(shè)計(jì)。一級(jí)緩存為本地緩存，二級(jí)緩存為分布式緩存。（還有頁(yè)面緩存，片段緩存等，那是更細(xì)粒度的劃分）

一級(jí)緩存，緩存數(shù)據(jù)字典，和常用熱點(diǎn)數(shù)據(jù)等基本不可變/有規(guī)則變化的信息，二級(jí)緩存緩存需要的所有緩存。當(dāng)一級(jí)緩存過(guò)期或不可用時(shí)，訪問(wèn)二級(jí)緩存的數(shù)據(jù)。如果二級(jí)緩存也沒(méi)有，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

緩存的比例，一般1:4，即可考慮使用緩存。（理論上是1:2即可）。



根據(jù)業(yè)務(wù)特性可使用以下緩存過(guò)期策略：

緩存自動(dòng)過(guò)期；
緩存觸發(fā)過(guò)期；
（4）單點(diǎn)登錄（分布式Session）

系統(tǒng)分割為多個(gè)子系統(tǒng)，獨(dú)立部署后，不可避免的會(huì)遇到會(huì)話管理的問(wèn)題。一般可采用Session同步，Cookies，分布式Session方式。電商網(wǎng)站一般采用分布式Session實(shí)現(xiàn)。

再進(jìn)一步可以根據(jù)分布式Session，建立完善的單點(diǎn)登錄或賬戶管理系統(tǒng)。



流程說(shuō)明
用戶第一次登錄時(shí)，將會(huì)話信息（用戶Id和用戶信息），比如以用戶Id為Key，寫入分布式Session；

用戶再次登錄時(shí)，獲取分布式Session，是否有會(huì)話信息，如果沒(méi)有則調(diào)到登錄頁(yè)；

一般采用Cache中間件實(shí)現(xiàn)，建議使用Redis，因此它有持久化功能，方便分布式Session宕機(jī)后，可以從持久化存儲(chǔ)中加載會(huì)話信息；

存入會(huì)話時(shí)，可以設(shè)置會(huì)話保持的時(shí)間，比如15分鐘，超過(guò)后自動(dòng)超時(shí)；

結(jié)合Cache中間件，實(shí)現(xiàn)的分布式Session，可以很好的模擬Session會(huì)話。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)集群（讀寫分離，分庫(kù)分表）
大型網(wǎng)站需要存儲(chǔ)海量的數(shù)據(jù)，為達(dá)到海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，高可用，高性能一般采用冗余的方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一般有兩種方式讀寫分離和分庫(kù)分表。

讀寫分離：一般解決讀比例遠(yuǎn)大于寫比例的場(chǎng)景，可采用一主一備，一主多備或多主多備方式。

本案例在業(yè)務(wù)拆分的基礎(chǔ)上，結(jié)合分庫(kù)分表和讀寫分離。如下圖：