高并发下,（IoT）异步（如queue、mqtt）转同步（如http）的java代码实现

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什么是异步转同步（的场景）

Thingsboard微服务分布式下-设备控制的数据流-架构与可用性分析（有架构图）
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如上面文章中的该图部分（左边用户，中间服务器，右边是队列用于设备mqtt长连接消息的发布和订阅）：
1，http是请求响应模式的短连接，图左边的用户通过http请求控制设备的服务器接口，并阻塞直到返回设备控制是否成功的状态（或超时），该部分是同步的
2，右边是队列，是异步的。或者我们从设备角度看，设备用发布订阅模式的mqtt长连接协议连接服务器，和服务器的通讯是异步的
3，所以服务器做了一个异步转同步的功能，那么该功能用Java如何实现？

方案一：用锁实现

该场景其实就是需要实现一个阻塞等待的功能，可以用java的锁实现（wait() and notify() Methods in Java），而锁的对象就是标志这一个请求响应过程的id，比如 (deviceId + transactionId).intern() 作为锁。下面拿控制设备开关（如开灯）示例：
1，服务器收到打开deviceId的灯的http请求后，为该次请求生产了一个消息id transactionId，然后带着该transactionId通过mqtt给灯发送控制命令，然后用(deviceId + transactionId).intern()作为锁将线程阻塞wait（timeout超时时间）
2，deviceId的灯收到transactionId的控制消息后，完成开灯，然后通过mqtt发布带有该transactionId的控制成果的消息
3，服务器收到deviceId的灯通过mqtt异步返回的带有transactionId的消息后，用一个Map作为临时存储设备响应消息的容器（key就是(deviceId + transactionId).intern()， value就是设备响应的消息），然后该线程拿到(deviceId + transactionId).intern() 的锁，然后notifyAll()后该线程就结束了。
4，然后第1步中的线程就被notify，从Map中get key为(deviceId + transactionId).intern()的值就是设备响应的消息，然后该线程返回http请求，结束，通过线程间通讯完成了异步转同步

方案二：用异步servlet实现

本文标题是“高并发下”，也就是如果同时有1000个请求控制设备，而每次控制需要10秒（物联网的网络通讯比传统软件的查数据库慢太多了）才能响应，那么并发就是1000，但tps只有1000/10=100。
如果方案一达到该并发量，就需要起1000个线程同时阻塞，而java的线程是非常耗性能的，如果按一个线程1M算，1000个线程内存就需要1000M多，光内存就吃不消，再考虑线程切换（Java会映射到linux内核线程，而某些语言实现了用户态层的“多线程”或者就是单线程语言（不用内核态和用户态切换的性能开销））的性能消耗等就更不行了。
所以本次推荐的方案就是利用servlet3.0的异步去实现，也就是上面方案一的第一步完成时，线程就会被回收到线程池，而不会阻塞。从而在高并发且高IO的场景下，使用少量线程处理大量请求，极大提高单机并发能力。

这里我们拿Thingsboard的源码示例：
http的path是 /twoway/{deviceId}，twoway代表要返回设备的响应，deviceId为要控制的设备

这里用UUID.randomUUID()为该次请求生成了id，可以用作为我们上面说的transactionId
這個方法中return response后就释放线程了（重点，return response是异步的，即没有等待设备响应消息后才return。下面的sendRpcRequestToRuleEngine（把消息发到队列就完了（很快），不会等设备响应）和scheduleToRuleEngineTimeout（设置一个定时，不sleep，不占用线程资源，不阻塞线程）均为异步操作）
注意fromDeviceRpcResponse -> reply(new LocalRequestMetaData(rpcRequest, currentUser, result), fromDeviceRpcResponse, timeoutStatus, noActiveConnectionStatus)的result，下文设备回复时会用到

sendRpcRequestToRuleEngine 将控制设备的消息发到消息队列（微服务下用kafka作为消息队列）
scheduleToRuleEngineTimeout 为该次控制设置一个超时时间，比如如果10秒内设备没有响应，http就返回控制超时（定时任务也不多占用线程，只会在触发执行时才会占用线程资源）

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上面過程完成了向设备发送消息
当设备异步回复消息后，由该方法接收到消息（消息来自消息队列），从localToRuleEngineRpcRequests的ConcurrentMap<UUID, Consumer>中获取consumer（fromDeviceRpcResponse -> reply(new LocalRequestMetaData(rpcRequest, currentUser, result), fromDeviceRpcResponse, timeoutStatus, noActiveConnectionStatus)）并accept，最终通过reply方法中的DeferredResult.setResult设置servlet返回结果，http进行结果响应

备注：DeferredResult（重点），Google Futures工具类，java8 函数式编程，Java锁 的知识在本文并未详细讲解，大家可以通过百度有很多其他文章进行学习，以及看thingsboard该部分源码

集群横向扩展

上面的方案二大大提高了单机并发能力，单机总有极限，还得支持集群横向扩展
这里的实现设计方案也很多，比如不同节点通过不同的id，将消息进行路由（通过queue的topic或partition分区进行消息路由等，做到一个节点，只接收和处理自己需要的设备数据），比如自适应hash算法（消息队列自己的集群扩展都利用了该算法）
比如有1万个设备，5个节点，每分钟1万条数据：如按设备区分（节点可以有设备状态），那做到每个节点只处理2000个设备，或者按消息区分（节点要做到无设备状态，否则一个节点内存存1万个设备的状态，就要内存爆炸的问题了），那做到每个节点每分钟只处理2000条数据

最后，异步转同步不只IoT有这样的场景，本文对Java的实现做了实现思路的分析，大家也可以考虑其他语言的方案，后续有时间可能会对该文章进行优化，感谢### 欢迎github, IoT 服务器架构与设计 Blog上star支持

最后

以上就是无辜蜻蜓为你收集整理的高并发下,（IoT）异步（如queue、mqtt）转同步（如http）的java代码实现的全部内容，希望文章能够帮你解决高并发下,（IoT）异步（如queue、mqtt）转同步（如http）的java代码实现所遇到的程序开发问题。

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