1、数据访问计数器

  在Spring Boot项目中,有时需要数据访问计数器。大致有下列三种情形:

1)纯计数:如登录的密码错误计数,超过门限N次,则表示计数器满,此时可进行下一步处理,如锁定该账户。

2)时间滑动窗口:设窗口宽度为T,如果窗口中尾帧时间与首帧时间差大于T,则表示计数器满。

  例如使用redis缓存时,使用key查询redis中数据,如果有此key数据,则返回对象数据;如无此key数据,则查询数据库,但如果一直都无此key数据,从而反复查询数据库,显然有问题。此时,可使用时间滑动窗口,对于查询的失败的key,距离首帧T时间(如1分钟)内,不再查询数据库,而是直接返回无此数据,直到新查询的时间超过T,更新滑窗首帧为新时间,并执行一次查询数据库操作。

3)时间滑动窗口+计数:这往往在需要进行限流处理的场景使用。如T时间(如1分钟)内,相同key的访问次数超过超过门限N,则表示计数器满,此时进行限流处理。

2、代码实现

2.1、方案说明

1)使用字典来管理不同的key,因为不同的key需要单独计数。

2)上述三种情况,使用类型属性区分,并在构造函数中进行设置。

3)滑动窗口使用双向队列Deque来实现。

4)考虑到访问并发性,读取或更新时,加锁保护。

2.2、代码

package com.abc.example.service;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map; /**
* @className : DacService
* @description : 数据访问计数服务类
* @summary :
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/03 1.0.0 sheng.zheng 初版
*
*/
public class DacService { // 计数器类型:1-数量;2-时间窗口;3-时间窗口+数量
private int counterType; // 计数器数量门限
private int counterThreshold = 5; // 时间窗口长度,单位毫秒
private int windowSize = 60000; // 对象key的访问计数器
private Map<String,Integer> itemMap; // 对象key的访问滑动窗口
private Map<String,Deque<Long>> itemSlideWindowMap; /**
* 构造函数
* @param counterType : 计数器类型,值为1,2,3之一
* @param counterThreshold : 计数器数量门限,如果类型为1或3,需要此值
* @param windowSize : 窗口时间长度,如果为类型为2,3,需要此值
*/
public DacService(int counterType, int counterThreshold, int windowSize) {
this.counterType = counterType;
this.counterThreshold = counterThreshold;
this.windowSize = windowSize; if (counterType == 1) {
// 如果与计数器有关
itemMap = new HashMap<String,Integer>();
}else if (counterType == 2 || counterType == 3) {
// 如果与滑动窗口有关
itemSlideWindowMap = new HashMap<String,Deque<Long>>();
}
} /**
*
* @methodName : isItemKeyFull
* @description : 对象key的计数是否将满
* @param itemKey : 对象key
* @param timeMillis: 时间戳,毫秒数,如为滑窗类计数器,使用此参数值
* @return : 满返回true,否则返回false
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/03 1.0.0 sheng.zheng 初版
* 2021/08/08 1.0.1 sheng.zheng 支持多种类型计数器
*
*/
public boolean isItemKeyFull(String itemKey,Long timeMillis) {
boolean bRet = false; if (this.counterType == 1) {
// 如果为计数器类型
if (itemMap.containsKey(itemKey)) {
synchronized(itemMap) {
Integer value = itemMap.get(itemKey);
// 如果计数器将超越门限
if (value >= this.counterThreshold - 1) {
bRet = true;
}
}
}else {
// 新的对象key,视业务需要,取值true或false
bRet = true;
}
}else if(this.counterType == 2){
// 如果为滑窗类型
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
synchronized(itemQueue) {
if (itemQueue.size() > 0) {
Long head = itemQueue.getFirst();
if (timeMillis - head >= this.windowSize) {
// 如果窗口将满
bRet = true;
}
}
}
}else {
// 新的对象key,视业务需要,取值true或false
bRet = true;
}
}else if(this.counterType == 3){
// 如果为滑窗+数量类型
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
synchronized(itemQueue) {
if (itemQueue.size() >= this.counterThreshold -1) {
// 如果窗口数量将满
bRet = true;
}
}
}else {
// 新的对象key,视业务需要,取值true或false
bRet = true;
}
} return bRet;
} /**
*
* @methodName : resetItemKey
* @description : 复位对象key的计数
* @param itemKey : 对象key
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/03 1.0.0 sheng.zheng 初版
* 2021/08/08 1.0.1 sheng.zheng 支持多种类型计数器
*
*/
public void resetItemKey(String itemKey) {
if (this.counterType == 1) {
// 如果为计数器类型
if (itemMap.containsKey(itemKey)) {
// 更新值,加锁保护
synchronized(itemMap) {
itemMap.put(itemKey, 0);
}
}
}else if(this.counterType == 2){
// 如果为滑窗类型
// 清空
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
if (itemQueue.size() > 0) {
// 加锁保护
synchronized(itemQueue) {
// 先清空
itemQueue.clear();
}
}
}
}else if(this.counterType == 3){
// 如果为滑窗+数量类型
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
synchronized(itemQueue) {
// 清空
itemQueue.clear();
}
}
}
} /**
*
* @methodName : putItemkey
* @description : 更新对象key的计数
* @param itemKey : 对象key
* @param timeMillis : 时间戳,毫秒数,如为滑窗类计数器,使用此参数值
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/03 1.0.0 sheng.zheng 初版
* 2021/08/08 1.0.1 sheng.zheng 支持多种类型计数器
*
*/
public void putItemkey(String itemKey,Long timeMillis) {
if (this.counterType == 1) {
// 如果为计数器类型
if (itemMap.containsKey(itemKey)) {
// 更新值,加锁保护
synchronized(itemMap) {
Integer value = itemMap.get(itemKey);
// 计数器+1
value ++;
itemMap.put(itemKey, value);
}
}else {
// 新key值,加锁保护
synchronized(itemMap) {
itemMap.put(itemKey, 1);
}
}
}else if(this.counterType == 2){
// 如果为滑窗类型
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
// 加锁保护
synchronized(itemQueue) {
// 加入
itemQueue.add(timeMillis);
}
}else {
// 新key值,加锁保护
Deque<Long> itemQueue = new ArrayDeque<Long>();
synchronized(itemSlideWindowMap) {
// 加入映射表
itemSlideWindowMap.put(itemKey, itemQueue);
itemQueue.add(timeMillis);
}
}
}else if(this.counterType == 3){
// 如果为滑窗+数量类型
if (itemSlideWindowMap.containsKey(itemKey)) {
Deque<Long> itemQueue = itemSlideWindowMap.get(itemKey);
// 加锁保护
synchronized(itemQueue) {
Long head = 0L;
// 循环处理头部数据
while(true) {
// 取得头部数据
head = itemQueue.peekFirst();
if (head == null || timeMillis - head <= this.windowSize) {
break;
}
// 移除头部
itemQueue.remove();
}
// 加入新数据
itemQueue.add(timeMillis);
}
}else {
// 新key值,加锁保护
Deque<Long> itemQueue = new ArrayDeque<Long>();
synchronized(itemSlideWindowMap) {
// 加入映射表
itemSlideWindowMap.put(itemKey, itemQueue);
itemQueue.add(timeMillis);
}
}
}
} /**
*
* @methodName : clear
* @description : 清空字典
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/03 1.0.0 sheng.zheng 初版
* 2021/08/08 1.0.1 sheng.zheng 支持多种类型计数器
*
*/
public void clear() {
if (this.counterType == 1) {
// 如果为计数器类型
synchronized(this) {
itemMap.clear();
}
}else if(this.counterType == 2){
// 如果为滑窗类型
synchronized(this) {
itemSlideWindowMap.clear();
}
}else if(this.counterType == 3){
// 如果为滑窗+数量类型
synchronized(this) {
itemSlideWindowMap.clear();
}
}
}
}

2.3、调用

  要调用计数器,只需在应用类中添加DacService对象,如:

public class DataCommonService {
// 数据访问计数服务类,时间滑动窗口,窗口宽度60秒
protected DacService dacService = new DacService(2,0,60000); /**
*
* @methodName : procNoClassData
* @description : 对象组key对应的数据不存在时的处理
* @param classKey : 对象组key
* @return : 数据加载成功,返回true,否则为false
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/08 1.0.0 sheng.zheng 初版
*
*/
protected boolean procNoClassData(Object classKey) {
boolean bRet = false;
String key = getCombineKey(null,classKey);
Long currentTime = System.currentTimeMillis();
// 判断计数器是否将满
if (dacService.isItemKeyFull(key,currentTime)) {
// 如果计数将满
// 复位
dacService.resetItemKey(key);
// 从数据库加载分组数据项
bRet = loadGroupItems(classKey);
}else {
dacService.putItemkey(key,currentTime);
}
return bRet;
} /**
*
* @methodName : procNoItemData
* @description : 对象key对应的数据不存在时的处理
* @param itemKey : 对象key
* @param classKey : 对象组key
* @return : 数据加载成功,返回true,否则为false
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/08 1.0.0 sheng.zheng 初版
*
*/
protected boolean procNoItemData(Object itemKey, Object classKey) {
// 如果itemKey不存在
boolean bRet = false;
String key = getCombineKey(itemKey,classKey); Long currentTime = System.currentTimeMillis();
if (dacService.isItemKeyFull(key,currentTime)) {
// 如果计数将满
// 复位
dacService.resetItemKey(key);
// 从数据库加载数据项
bRet = loadItem(itemKey, classKey);
}else {
// 计数不满
dacService.putItemkey(key,currentTime);
}
return bRet;
} /**
*
* @methodName : getCombineKey
* @description : 获取组合key值
* @param itemKey : 对象key
* @param classKey : 对象组key
* @return : 组合key
* @history :
* ------------------------------------------------------------------------------
* date version modifier remarks
* ------------------------------------------------------------------------------
* 2021/08/08 1.0.0 sheng.zheng 初版
*
*/
protected String getCombineKey(Object itemKey, Object classKey) {
String sItemKey = (itemKey == null ? "" : itemKey.toString());
String sClassKey = (classKey == null ? "" : classKey.toString());
String key = "";
if (!sClassKey.isEmpty()) {
key = sClassKey;
}
if (!sItemKey.isEmpty()) {
if (!key.isEmpty()) {
key += "-" + sItemKey;
}else {
key = sItemKey;
}
}
return key;
}
}

  procNoClassData方法:分组数据不存在时的处理。procNoItemData方法:单个数据项不存在时的处理。

  主从关系在数据库中,较为常见,因此针对分组数据和单个对象key分别编写了方法;如果key的个数超过2个,可以类似处理。

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