聊聊我与流式计算的故事

Posted 2023-01-26 勇哥java实战分享

聊聊流式计算吧 , 那一段经历于我而言很精彩，很有趣，想把这段经历分享给大家。

1 背景介绍

2014年，我在艺龙旅行网促销团队负责红包系统。

彼时，促销大战如火如荼，优惠券计算服务也成为艺龙促销业务中最重要的服务之一。

而优惠券计算服务正是采用当时大名鼎鼎的流式计算框架 Storm。

流式计算是利用分布式的思想和方法，对海量“流”式数据进行实时处理的系统，它源自对海量数据“时效”价值上的挖掘诉求。

优惠券计算服务的逻辑是：每个城市每个酒店的使用优惠券的规则并不相同，当运营人员修改规则之后，触发优惠券计算服务，计算完成之后，用户下单时在使用优惠券时会呈现最新的规则。

优惠券计算服务是我们团队的明星项目，很多研发的同学都对 Storm 特别感兴趣 , 因为 Storm 的核心开发语言是 clojure ， 比较小众。

于是，在团队内部，发现一个很有趣的现象：很多同学的办公桌上放着《clojure in Action 》这本书。

彼时，艺龙开始发力移动互联网，业务量的激增，优惠券计算服务开始遇到了瓶颈。

比如运营人员修改全量规则时，整个计算流程要耗时一上午，也就谈不上实时计算了。

CTO 几次找团队负责人，并严厉批责成他尽快优化。经过一个半月几次优化，系统的瓶颈依然明显，时不时运营同事会走到我们的工位附近，催促我们：“系统生效了么？ ”

我并不负责计算服务，每当同事被质疑时，我都感到很疑惑：“优惠券计算服务真的那么复杂吗？ ” ， 同时也跃跃欲试：“ Storm 真有那么难搞吗？”

我心中暗暗下定了决心，一定要弄清楚优惠券计算服务的逻辑 。

2 国图学习

北京有很多景点都让我流连忘返，比如史铁生小说里的地坛，满山枫叶的香山，如诗如画的颐和园，美仑美奂的天坛 。

在我心里，有一处很神圣的地方，它是知识和希望的象征，那就是国家图书馆 。

中国国家图书馆位于北京市中关村南大街33号，与海淀区白石桥高粱河、紫竹院公园相邻。它是国家总书库，国家书目中心，国家古籍保护中心，同时也是世界最大、最先进的国家图书馆之一 。

每到周末，当我想安静下来，专注思考时，我就会背着笔记本电脑来到国家图书馆。

选择自己喜欢的书，然后将笔记本电脑打开，一边看书，一边在电脑上写点笔记。

偶尔抬起头，望着那些正在阅读的读者，心里面感觉很阳关，觉得生命充满了希望。

我并不负责流式计算服务，但想要揭开 Storm 神秘面纱的探索欲，同时探寻优惠券计算服务为什么会这么慢的渴望，让我好几天晚上没睡好。

于是周六上午9点半， 我来到国家图书馆 ，想让自己安静下来，思考如何解决这个问题。解决问题的快感，是我一直追求的。

当我把笔记本电脑放平在桌上，我很兴奋，同时灵台一片澄清：优惠券计算服务的核心是 Storm ，那么我需要先了解 Storm 的整体概念。

打开官网，浏览官网的文档，第一次看到 Storm 的逻辑流程图时， 做为程序员，我第一次竟然感受到抽象之美：从源头流下来的水通过水龙头（ Spout ），再经过层层转接头( Bolt )过滤，不就是我们想要的纯净水吗？

其实我们原来都是 CRUD boy ，机械的使用那些框架，只会做增删改查，并不会思考框架背后的设计思路。 但框架到底是什么？从来没有思考过。 我一直觉得我很笨拙，学什么都很慢，但那一刻我突然恍然大悟：框架本身是将解决问题的思路抽象化，从而便于研发人员使用，把复杂的问题抽象成有美感，是需要功底的。

了解完 Storm 整体概念 ， 下一步也就是大家熟知的写 Hello World 阶段了 。

我参考教程写了一个简单的 Storm 应用（简称：拓扑），在部署后，程序正常跑了起来。

我脑海里一直有一个疑问：“是不是优惠券计算服务的 storm 集群的配置没有调优，才导致计算的性能太差 ? ” 所以我必须去理解 storm 的并发度是如何计算的。

整个下午，我一直在查阅相关的资料，并结合下图思考：Nimbus， Supervisor ，Worker ，Task 这些名词到底是什么概念，以及他们之间是如何交互的。

进而思考：拓扑到底会启动几个进程，每个进程内部线程模型是怎样的，颇有些庖丁解牛的味道。

这个习惯一直保持到现在，当我看到一个系统，我会下意思的去思考：“这个系统的线程模型如何，每次操作有哪些线程参于，他们之间如何交互”。我知道有更厉害的大牛，运行一行代码就知道 CPU 会运行的哪些指令，我做不到，但我觉得那就更加深刻了。

不管怎样，这一天，我的思绪经过多次的变化，兴奋，犹疑，放弃，阳光，激动，畏难心理一直存在，很多次想放弃，但好奇心一直鼓励着我。

等天色已黑，我走出国图的大门，脑子里全部都是 Storm 进程，线程模型，内心里面，有了莫名的自信。感觉自己就像仙剑奇侠传里的酒剑仙，伴随着激昂的 BGM ，拔剑四顾，斩妖除魔。

御剑乘风来，除魔天地间，有酒乐逍遥，无酒我亦癫。

一饮尽江河，再饮吞日月，千杯醉不倒，唯我酒剑仙。

3 找到瓶颈

当我理解了 Storm 的整体概念，接下来我需要去找到优惠券计算服务的性能瓶颈。这个时候，梳理计算服务整体流程非常关键。

计算服务整体流程分为三个步骤 ：

1. 抽取数据：酒店信息拉取服务拉取酒店信息，并存储到水源头( Redis A/B 集群 ) ;
2. 计算过程：Storm 拓扑从水源头获取酒店数据，通过运营配置的规则对数据进行清洗 ，将计算好的数据存储到水存放池 ( Redis C 集群) ；
3. 入库阶段：入库服务从水存放池获取数据，将计算结果存储到数据库 。

当我们把整个计算的过程拆分成 抽取-->计算 --> 存储 三个阶段的时候，计算服务的架构就变得异常清晰，那到底在哪个阶段最耗时 ，也成为我追查的目标。

优惠券计算服务当时没有详细的性能监控体系，所以我只能先从日志着手。 在运营同事触发全量计算后，分别观察三个阶段对应服务的日志：

• 抽取数据：酒店信息拉取服务
• 计算过程: Storm 拓扑
• 入库阶段: 入库服务

令人惊讶的现象：一次全量计算需要耗时4个多小时，但抽取数据的任务竟然跑了2个多小时，和我预期完全不一样。

假如我把酒店信息拉取服务比作抽水泵，那么整个系统最大的问题竟然是抽水泵抽水马力不足。

4 推进重构

为什么抽水泵抽水马力不足 ？

通过阅读源码，我发现因为线程模型不够好，应用在部署多个节点后，每个节点只能有两个线程执行拉取酒店信息。

怎么处理呢？ 在原有代码上优化可行吗？ 好像也不太容易，因为老代码最初是一个 C# 研发同事写的，他当时也不熟悉 JAVA ，从设计层面来讲，有很多冗余且不合理的代码，而且经过3年左右的维护，代码老化严重，于是我只能想到重构。

当我把想法和团队负责人沟通后，他有点半信半疑，他认为我的判断没有问题，但不确定我是否可以将系统重构好。 我那时候信心爆棚，主动请缨，打包票不会出问题的。可能是由于 CTO 逼的太紧了，他同意了。

在重构之间，梳理好系统的整体逻辑。

重构的重点原则有两条：

1. 拉取服务可水平扩展，若性能不足时，增加服务节点即可提升性能；

2. 配置文件可配置 worker 线程数量。

那思想层面，我已经做好准备了，那硬实力层面我有没有做好准备吗？ 非常自信的讲，准备好了，因为我遇到了 RocketMQ 。

我在《我与消息队列的8年情缘》这篇文章写到：

2014年，我搜罗了很多的淘宝的消息队列的资料，我知道MetaQ的版本已经升级MetaQ 3.0，只是开源版本还没有放出来。

大约秋天的样子，我加入了RocketMQ技术群。誓嘉(RocketMQ创始人)在群里说：“最近要开源了，放出来后，大家赶紧fork呀”。他的这句话发在群里之后，群里都炸开了锅。我更是欢喜雀跃，期待着能早日见到阿里自己内部的消息中间件。

终于，RocketMQ终于开源了。我迫不及待想一窥他的风采。

因为我想学网络编程，而RocketMQ的通讯模块remoting底层也是Netty写的。所以，RocketMQ的通讯层是我学习切入的点。

我模仿RocketMQ的remoting写了一个玩具的rpc，这更大大提高我的自信心。正好，艺龙举办技术创新活动。我想想，要不尝试一下用Netty改写下Cobar的通讯模块。于是参考Cobar的源码花了两周写了个netty版的proxy，其实非常粗糙，很多功能不完善。后来，这次活动颁给我一个鼓励奖，现在想想都很好玩。

在重构酒店信息拉取服务时，我将 RocketMQ 如何创建线程的知识点正好也用了上去，并学习如何将模块拆分得更加合理。同时在重构过程中，不断 Review 新老代码的差别，确保核心逻辑正确。

非常幸运，大概一周时间，我就重构完了。

重构完成并不意味着结束，怎么验证呢 ？ 我当时采取了两种方式：

• 代码评审

  我拉着优惠券计算服务的同事，一起 review 代码 。整个过程，大家也并没有提出异议，并对我创建线程的技巧感到很好奇。我心中窃喜：”那是学习 RocketMQ 的“。

• 测试环境数据验证

  我们将新旧两版服务同时触发，比对两个版本的数据的异同，将比对结果输出到日志文件，然后从中找到差异的地方，修复重构版的 BUG 。 然后在测试环境部署重构版，观察一段时间，确保无异常。

从编写第一行代码，三周时间，重构版终于上线了。 我将原来的老服务替换后，部署了3个节点， 每个节点8个 worker 并行拉取酒店信息 。

令人开心和激动的是，重构是非常成功的。 因为业务给我们的时间需求也是1个小时左右。一次全量计算从原来4个小时急速缩减到1小时15分钟，整个酒店拉取服务耗时40分钟左右。

我心里长舒一口气，内心吟诵李白的诗："十步杀一人，千里不留行。事了拂衣去，深藏身与名。"

5 向前一步

前 Facebook COO 谢丽尔·桑德伯格 写了一本书《向前一步》，我特别喜欢这本书的书名 。

在优化优惠券计算服务的前期，团队经过一个多月的时间，也没有什么成效。 我自己也犹豫：”我能不能解决这个问题？“ ，但最终我还是向前一步，并帮助团队大大提升了服务的性能，负责人也有了信心，他也敢投入资源优化Storm 拓扑和入库流程。

在阅读优惠券计算服务的代码中，我发现两个问题：

1. 流式计算逻辑中有大量网络 IO 请求，主要是查询特定的酒店数据，用于后续计算；
2. 每次计算时需要查询基础配置数据，它们都是从数据库中获取。

对于Storm 拓扑优化，我提了两点建议：

1. 流式计算拓扑和酒店拉取服务各司其职，将流式计算中的网络 IO 请求挪到酒店拉取服务，将数据前置准备好；
2. 基础配置缓存化，引入读写锁（也是 RocketMQ 名字服务的技巧）。

对于入库流程，一位研发同学将原来的单条数据入库修改成批量入库。

经过大家一起努力 ，优惠券计算服务的整体性能大大提升了，全量计算耗时已经变成40分钟了，再也不会有运营同事在我们的工位附近吐槽系统慢了。

6 写到最后

2014年，我向前一步推动了公司流式计算服务的优化，并取得了一点点进步。

时光荏苒，我已中年，生命中遇到越来越多的挫折，有的时候也会让人低落，但每当想起这个故事，我会深深感动于当时的一往无前。

当再次面临选择时，我希望自己也能够向前一步，想着如何帮助读者成长，或是实现一个产品帮助更多的人。

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