【Spring大揭秘】系统性能提升！带你解锁系统优化大法

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2024年04月15日 19:59 · 阅读数 5

环境：Spring5.3.23

Spring在各大公司基本上都是标配，它提供了丰富的功能和灵活性，但在使用过程中如果不注意性能优化，可能会导致系统运行缓慢或出现其他问题。以下是一些Spring编程中性能优化的实际案例：

使用AOP实现日志记录优化

在Spring中，可以使用AOP（面向切面编程）来实现日志记录的优化。在系统中有大量的日志记录时，如果每个请求都进行日志记录，会占用大量的系统资源，导致系统性能下降。因此，可以使用AOP技术，根据一定的条件对日志记录进行筛选和优化。例如，可以定义一个切面（Aspect），在切面中实现日志记录的功能，并根据一定的条件判断是否需要进行日志记录。这样可以避免每个请求都进行日志记录，从而提高系统的性能。示例代码如下：

优化前：

@Service  
public class UserService {  
  private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(UserService.class) ;
  @Resource  
  private UserRepository userRepository ;  


  public User queryById(long userId) {  
    User user = this.userRepository.findById(userId) ;
    log.info("queryById - User - {}", user) ;
    return user ;  
  }   
}

在优化前的代码中，我们直接打印用户信息到日志中。

接下来，我们将使用AOP来实现日志记录的优化。首先，我们需要定义一个切面(Aspect)，在切面中实现日志记录的功能，并根据一定的条件判断是否需要进行日志记录。以下是优化后的代码示例：

优化后：

@Aspect  
@Component  
public class UserServiceAspect {  
  
  @Pointcut("execution(* query*(long))")
  private void log() {}
  @Before("log()")  
  public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {  
    long userId = (int) joinPoint.getArgs()[0] ;  
    // 只有当userId不合规才打印日志 
    if (userId <= 0) {
      log.info("queryById - start - userId: {}", userId) ;  
    }  
  }
  @AfterReturning(pointcut = "execution(public User query*(long))", returning = "user")  
  public void logAfter(JoinPoint joinPoint, User user) {  
    // 只有查询到用户了才记录用户信息到日志 
    if (user != null) { 
      long userId = (int) joinPoint.getArgs()[0] ;  
      log.info("queryById - end - userId={}, user info={}", userId, user);  
    }  
  } 
}

通过切面，我们就可以根据条件筛选出需要日志记录的请求，避免了对所有请求都进行日志记录，从而提高系统的性能。

使用二级缓存

在Spring框架中，可以使用二级缓存来优化数据的访问性能。二级缓存是指将数据缓存在内存中，以避免频繁的数据库访问操作。在Spring中，可以使用@Cacheable注解将一个方法标记为可缓存的，这样该方法的返回值就会被缓存在内存中。当同一个方法被调用时，直接从缓存中获取返回值，而不需要再次访问数据库。这样可以减少数据库访问次数，从而提高系统的性能。

优化前：

@Service  
public class UserService {  
  @Resource  
  private UserRepository userRepository ;  


  public User queryById(long userId) {  
    User user = this.userRepository.findById(userId) ;
    return user ;  
  }   
}

优化前每次获取用户都会从数据库中查询。

接下来，我们将使用二级缓存来实现数据访问的优化。首先，我们需要定义一个缓存管理器（CacheManager），用于管理缓存。以下是优化后的代码示例：

优化后：

// 为了方便演示，这里我们自定义一个缓存管理器
@Configuration  
public class CacheConfig {  
  @Bean  
  public CacheManager cacheManager() {  
    return new ConcurrentMapCacheManager("user") ;  
  }  
}

接下来，我们需要在UserService中注入CacheManager，并使用@Cacheable注解将queryById方法标记为可缓存的。以下是优化后的代码示例：

@Service  
@CacheConfig(cacheManager = "cacheManager") // 注入CacheManager  
public class UserService {  
      
  @Resource  
  private UserRepository userRepository ;
  @Autowired  
  private CacheManager cacheManager;  


  // 标记为可缓存的，并指定缓存值和键  
  @Cacheable(value = "user", key = "#userId") 
  public User queryById(long userId) {  
    User user = userRepository.findById(userId) ;  
    return user ; 
  }  
}

这样，该方法的返回值会被缓存在内存中，当同一个方法的调用时，直接从缓存中获取返回值，而不需要再次访问数据库。这样可以减少数据库访问次数，从而提高系统的性能。

减少数据库查询次数

在一个订单管理系统中，有一个订单详细信息（OrderDetail）实体，该实体与订单表（Order）在数据库中有1对1的关系。在获取订单详细信息时，不需要每次都查询Order表。通过使用JPA的fetch属性，可以将Order表的数据在一次查询中一并获取。这样，每个订单详细信息实体只会引发一次数据库查询，而不是之前的每次获取都查询。

优化前：

@Repository  
public interface OrderRepository extends JpaRepository<Order, Long> {  
  Order findByOrderId(Long orderId);  
}
@Service  
public class OrderService {  


  @Resource
  private OrderRepository orderRepository;  
  public Order getOrderById(Long orderId) {  
    return orderRepository.findByOrderId(orderId);
  }  


}

上面每次获取订单都会发送多条SQL进行数据查询。优化后：

@Repository  
public interface OrderRepository extends JpaRepository<Order, Long> {  


  @Select("SELECT o.*, od.* FROM Order o LEFT JOIN o.orderDetails od WHERE o.id = ?1")  
  Order findWithOrderDetailsByOrderId(Long orderId);  


}

这样，我们只需一次数据库查询就可以获取到订单及其所有详细信息。

使用多线程池

在Spring框架中，可以使用多线程池来优化任务的执行性能。当系统中有大量的异步任务需要执行时，如果每个任务都创建一个新的线程来执行，会导致系统资源浪费和性能下降。因此，可以使用多线程池来管理任务的执行。在Spring中，可以使用ThreadPoolTaskExecutor来实现多线程池的配置和管理。这样可以避免每个任务都创建新的线程，从而提高系统的性能。

优化前：

@Service  
public class UserService {  
  
  @Resource  
  private UserRepository userRepository ; 


  @Override  
  public List<User> getUsers() {  
    List<User> users = userRepository.findAll();  
    for (User user : users) {  
      // 处理用户数据  
    }  
    return users ;  
  }


}

优化前处理用户在一个线程中执行，时间可能会很长影响系统整体性能。接下来，我们将使用多线程池来实现并发处理的优化。可以考虑使用Java中的Executor框架来管理线程池。我们可以创建ThreadPoolExecutor类来定义线程池，并指定线程池的核心线程数、最大线程数和线程存活时间等参数。在处理每个用户时，我们可以将任务分配给线程池中的一个线程进行处理，这样可以同时处理多个用户，提高系统的并发性能。以下是优化后的代码示例：

优化后：

@Service  
public class UserService {  
  
  @Resource  
  private UserRepository userRepository ;
  
  private ThreadPoolExecutor pool;  
   
  @Override  
  public List<User> getUsers() {  
    int coreThreads = 10; // 核心线程数      
    int maxThreads = 20; // 最大线程数  
    long keepAliveTime = 60L; // 线程存活时间（单位：秒）  
    ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
        coreThreads, 
        maxThreads,
        keepAliveTime,
        TimeUnit.SECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<>()) ;
    List<User> users = userRepository.findAll() ;  
    for (final User user : users) {  
      pool.execute(() -> {  
        // TODO
      });  
    }  
    pool.shutdown(); // 关闭
    return users;  
  }  
}

注意要在最后调用pool的shutdown方法来关闭线程池（非阻塞）。这样，系统可以同时处理多个用户，提高并发性能。

优化数据库查询

在Spring框架中，数据库查询是常见的高负载点之一。因此，优化数据库查询是提高系统性能的关键。可以从以下几个方面对数据库查询进行优化：

使用索引：为数据库中的字段添加索引(根据情况最好是联合索引)可以加速查询速度。
避免使用SELECT *：避免查询所有字段，只查询需要的字段可以提高查询速度，尽可能的应用覆盖索引。
分页查询：使用分页查询可以减少查询的数据量，从而提高查询速度。
批量操作：尽可能减少与数据库的交互次数，可以批量操作来减少查询次数。
使用连接池：连接池可以管理数据库连接，避免频繁的创建和销毁连接，从而提高性能。

以上是一些Spring编程中性能优化的实际案例。通过对这些案例的分析和学习，可以更好地应用Spring框架，提高系统的性能和可靠性。

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