提起API，作為程序員來說并不陌生，很多程序員的大部分工作都是圍繞著它， 然而很容易被大家忽略，API的性能會(huì)直接影響產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，比如，一個(gè)視頻軟件，播放1s后需要加載5s，還有人會(huì)用它嗎？API背后隱藏了很多復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，如何保證API的性能，直接體現(xiàn)了一個(gè)程序員的綜合能力。今天我們就來聊聊8種提升API性能的常用方法。

一、什么是API??

在講解方法之前，先對API做個(gè)簡單的介紹。API，Application Programming Interface，翻譯為：應(yīng)用程序接口，它是一種允許兩個(gè)軟件組件使用一組定義和協(xié)議相互通信的機(jī)制。比如，手機(jī)上的天氣預(yù)報(bào)軟件，它通過 API 與遠(yuǎn)程氣象系統(tǒng)“交互”，獲取天氣相關(guān)數(shù)據(jù)，最后再將數(shù)據(jù)展示在手機(jī)上。如下圖：軟件A通過API與軟件B進(jìn)行交互

二、API性能提升方法?

1. 緩存

緩存，應(yīng)該是最容易被大家使用，提升API性能的方法，如下圖：

在日常的業(yè)務(wù)開發(fā)中，通常會(huì)包含對數(shù)據(jù)庫的CRUD，但是數(shù)據(jù)庫的讀寫性能是有限的，比如在一些場景中，需要對某些數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁的讀取，這時(shí)候，可以考慮將這些數(shù)據(jù)緩存起來，下次讀取時(shí)，直接從緩存中讀取，減少對數(shù)據(jù)庫的訪問，提升API性能。舉個(gè)例子：假如訪問 DB的耗時(shí)是 100ms，訪問緩存的耗時(shí)是10ms，那么整個(gè)API的性能就提升 10倍。常用的緩存工具有 Redis 和 Google Guava cache（本地緩存）。

可能有些小伙伴會(huì)問：一個(gè) API的響應(yīng)數(shù)據(jù)，100ms 和 10ms 對于用戶來說，似乎沒有很大的差異？

假如把時(shí)間放大 10倍，100倍，就能發(fā)現(xiàn)，這個(gè)差異非常明顯，比如，一個(gè) API的響應(yīng)時(shí)間是 10s， 如果能夠通過緩存將響應(yīng)時(shí)間降低到 1ms，那么整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量就提升了 10倍，性能提升相當(dāng)可觀，對于用戶的體驗(yàn)來說也是天壤之別。

2. 連接池

連接池，是一種數(shù)據(jù)庫連接管理技術(shù)，它可以在系統(tǒng)初始化時(shí)，創(chuàng)建一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫連接，當(dāng)有請求時(shí)，直接從連接池中獲取連接，使用完畢后 ，再將連接放回連接池中，這樣就可以避免頻繁的創(chuàng)建和銷毀數(shù)據(jù)庫連接，提升API的性能。如下圖：

服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫建立連接是基于 TCP協(xié)議，而TCP 需要3次握手，這個(gè)過程比較耗時(shí)，如果每次請求都需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)連接，那么就會(huì)頻繁的進(jìn)行3次握手，從而影響 API的性能。所以在日常開發(fā)中，和數(shù)據(jù)庫連接時(shí)，通常都會(huì)使用一些三方的池化工具，以達(dá)到復(fù)用連接的目的。常用的池化工具有：JDBC，HikariCP，Druid，C3P0，DBCP，BoneCP等。

3. 異步

異步，是一種編程模型，它可以在一個(gè)線程中執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，如下圖：?

在日常的業(yè)務(wù)開發(fā)中，通常包含核心鏈路和非核心鏈路，比如：訂單支付中，支付是核心鏈路，支付后郵件通知是非核心鏈路，因此，可以把這些非核心鏈路的操作，改成異步實(shí)現(xiàn)，這樣就可以提升API的性能。常用的異步方式有：線程池，消息隊(duì)列，事件總線等。比如：上面的郵件發(fā)送，當(dāng)用戶支付完之后，可以使用線程池去實(shí)現(xiàn)郵件發(fā)送，也可以往消息隊(duì)列中發(fā)送一條消息，由消費(fèi)服務(wù)去消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)郵件發(fā)送。

4. N + 1問題

“N+1 問題” 是一個(gè)在數(shù)據(jù)庫查詢性能優(yōu)化領(lǐng)域常見的概念，指的是在進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢時(shí)，當(dāng)你需要獲取主表中的 N 條記錄以及每條記錄關(guān)聯(lián)的另一個(gè)表中的相關(guān)信息時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在獲取相關(guān)信息時(shí)產(chǎn)生額外的查詢操作，從而造成額外的負(fù)擔(dān)和性能問題。如下圖：?

舉個(gè)例子：假如有兩張表，文章 “post”表 和文章評論”comment”表，現(xiàn)在要統(tǒng)計(jì)每篇文章的評論數(shù)，通常SQL語句寫法如下：

sql復(fù)制代碼SELECT id FROM post; ? // 1 ? //for each post ?SELECT count(*) FROM comment WHERE post_id = ? ?// N ?

如上文的例子，查詢 1次 post表，假如 post中有 N條數(shù)據(jù)，這樣就需要額外查詢 N次 comment表，因此，產(chǎn)生了 N + 1次查詢。

解決”N+1 問題”的通常方法為：使用 JOIN 進(jìn)行關(guān)聯(lián)查詢，如下SQL：

sql復(fù)制代碼SELECT post.id, count(comment.id) FROM post ? ? LEFT JOIN comment ON post.id = comment.post_id GROUP BY post.id; ?

但是，在一些分庫分表的情況下，無法進(jìn)行 JOIN查詢，該如何解決這種 N+1問題？

通常的做法有：數(shù)據(jù)冗余，說白了就是空間換時(shí)間。比如：在 post表中，增加一個(gè) comment_count字段，用于存儲(chǔ)評論數(shù)，這樣就可以避免 N+1問題，但是會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余，增加了存儲(chǔ)空間。

因此，在程序員的世界，很多時(shí)候都是在時(shí)間和空間上的權(quán)衡（trade off）。

5. 分頁

分頁（Pagination），是一種常見的數(shù)據(jù)查詢方式，它可以將大量的數(shù)據(jù)，分成多個(gè)頁面進(jìn)行展示，如下圖：

分頁也是業(yè)務(wù)開發(fā)中比較常見的一種方式，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，通常會(huì)使用分頁的方式進(jìn)行查詢，這樣可以避免一次性查詢大量的數(shù)據(jù)，造成內(nèi)存溢出的問題。

6. JSON 序列化

JSON（JavaScript Object Notation）序列化是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο筠D(zhuǎn)換為JSON格式的字符串的過程，以便在網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)或與其他程序交互時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。JSON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，易于人類閱讀和編寫，同時(shí)也易于解析和生成。在各種編程語言中，可以使用庫或內(nèi)置函數(shù)來進(jìn)行JSON序列化和反序列化操作。如下圖：

7. 壓縮 payload

在API開發(fā)中有個(gè)默認(rèn)的約定：參數(shù)要盡量的少。因?yàn)閰?shù)越多，API的復(fù)雜度就越高，維護(hù)成本也就越高。因此，通常我們會(huì)對參數(shù)進(jìn)行壓縮。如下圖：

比如：上傳文件，通常會(huì)對文件進(jìn)行壓縮，以減少文件的大小，提升上傳速度。

8.?精簡Log或者異步log

在業(yè)務(wù)流程中，通常會(huì)增加 log來標(biāo)記一些核心的流程，以及記錄錯(cuò)誤信息，方便排查問題。但是，log通常是磁盤操作，如果log過多，就會(huì)影響API的性能。因此，通常會(huì)對log進(jìn)行精簡，或者異步log。如下圖：

異步日志（Asynchronous Logging）是一種在計(jì)算機(jī)程序中進(jìn)行日志記錄的技術(shù)。與傳統(tǒng)的同步日志記錄不同，異步日志記錄允許程序在記錄日志時(shí)不必等待日志寫入磁盤或其他存儲(chǔ)介質(zhì)完成，而是將日志數(shù)據(jù)放入隊(duì)列或緩沖區(qū)中，然后由另一個(gè)線程或進(jìn)程負(fù)責(zé)將日志異步地寫入存儲(chǔ)介質(zhì)。異步日志記錄通常會(huì)涉及以下一些組件：

• 日志緩沖區(qū)或隊(duì)列：程序?qū)⒁涗浀娜罩拘畔⒎湃刖彌_區(qū)或隊(duì)列中，然后可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。

• 日志寫入線程：另一個(gè)線程負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)或隊(duì)列中獲取日志數(shù)據(jù)，并將其寫入實(shí)際的存儲(chǔ)介質(zhì)（如磁盤）中。這個(gè)過程是異步的，不會(huì)阻塞主程序的執(zhí)行。

• 同步機(jī)制：由于異步操作涉及多線程，可能需要適當(dāng)?shù)耐綑C(jī)制來確保線程之間的安全性，避免競態(tài)條件等問題。

異步日志的優(yōu)點(diǎn)可以減少主程序的延遲和性能損失的同時(shí)，提升性能。需要注意的是，在實(shí)現(xiàn)異步日志時(shí)，要小心處理緩沖區(qū)溢出、數(shù)據(jù)丟失以及確保正確的日志順序等問題。

三、總結(jié)?

本文分別了介紹了API的性能優(yōu)化方案，包括：

1. 緩存

2. 連接池

3. 異步

4. N+1問題

5. 分頁

6. JSON序列化

7. 壓縮payload

8. 精簡log等

當(dāng)然，這些方案并不是一定要使用，而是根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)場景，具體問題具體分析，選擇合適的方案。

另外，在API的開發(fā)中我們通常需要關(guān)注三個(gè)最常見的問題：

1. 性能

2. 安全性

3. 健壯性