觀察者模式

當(dāng)對象間存在一對多關(guān)系時愤兵，則使用觀察者模式（Observer Pattern）。比如排吴，當(dāng)一個對象被修改時秆乳，則會自動通知它的依賴對象。觀察者模式屬于行為型模式钻哩。

主要解決：一個對象狀態(tài)改變給其他對象通知的問題屹堰，而且要考慮到易用和低耦合，保證高度的協(xié)作街氢。

何時使用：一個對象（目標(biāo)對象）的狀態(tài)發(fā)生改變扯键，所有的依賴對象（觀察者對象）都將得到通知，進(jìn)行廣播通知珊肃。

如何解決：使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)荣刑，可以將這種依賴關(guān)系弱化扣泊。

優(yōu)點： 1、觀察者和被觀察者是抽象耦合的嘶摊。 2延蟹、建立一套觸發(fā)機(jī)制。

缺點： 1叶堆、如果一個被觀察者對象有很多的直接和間接的觀察者的話阱飘，將所有的觀察者都通知到會花費很多時間。 2虱颗、如果在觀察者和觀察目標(biāo)之間有循環(huán)依賴的話沥匈，觀察目標(biāo)會觸發(fā)它們之間進(jìn)行循環(huán)調(diào)用，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰忘渔。 3高帖、觀察者模式?jīng)]有相應(yīng)的機(jī)制讓觀察者知道所觀察的目標(biāo)對象是怎么發(fā)生變化的，而僅僅只是知道觀察目標(biāo)發(fā)生了變化畦粮。

Spring Boot 之事件（Event）

Spring的事件通知機(jī)制是一項很有用的功能散址，使用事件機(jī)制我們可以將相互耦合的代碼解耦，從而方便功能的修改與添加宣赔。本文我來學(xué)習(xí)并分析一下Spring中事件的原理预麸。

舉個例子，假設(shè)有一個添加評論的方法儒将，在評論添加成功之后需要進(jìn)行修改redis緩存吏祸、給用戶添加積分等等操作。當(dāng)然可以在添加評論的代碼后面假設(shè)這些操作钩蚊，但是這樣的代碼違反了設(shè)計模式的多項原則：單一職責(zé)原則贡翘、迪米特法則、開閉原則砰逻。一句話說就是耦合性太大了鸣驱，比如將來評論添加成功之后還需要有另外一個操作，這時候我們就需要去修改我們的添加評論代碼了诱渤。

在以前的代碼中丐巫，我使用觀察者模式來解決這個問題。不過Spring中已經(jīng)存在了一個升級版觀察者模式的機(jī)制勺美，這就是監(jiān)聽者模式。通過該機(jī)制我們就可以發(fā)送接收任意的事件并處理碑韵。

Spring 官方文檔翻譯如下 ：

ApplicationContext 通過 ApplicationEvent 類和 ApplicationListener 接口進(jìn)行事件處理赡茸。 如果將實現(xiàn) ApplicationListener 接口的 bean 注入到上下文中，則每次使用 ApplicationContext 發(fā)布 ApplicationEvent 時祝闻，都會通知該 bean占卧。 本質(zhì)上遗菠，這是標(biāo)準(zhǔn)的觀察者設(shè)計模式。

Spring的事件（Application Event）其實就是一個觀察者設(shè)計模式华蜒，一個 Bean 處理完成任務(wù)后希望通知其它 Bean 或者說 一個Bean 想觀察監(jiān)聽另一個Bean的行為辙纬。

Spring 事件只需要幾步：

自定義事件，繼承 ApplicationEvent
定義監(jiān)聽器叭喜，實現(xiàn) ApplicationListener 或者通過 @EventListener 注解到方法上
定義發(fā)布者贺拣，通過 ApplicationEventPublisher

實際代碼：

創(chuàng)建event文件夾

并創(chuàng)建event object類和handle類，一個handle類可以對應(yīng)多個object類捂蕴。

image.png

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class EverydayStatisticEventObject {
 
  private Integer id;
 
  private String os;
 
  private String proxy;
 
  private StatisticEventType statisticEventType;
 
}

創(chuàng)建枚舉類 處理不同的事件類型譬涡，運用觀察者模式

public enum StatisticEventType {
   
  //注冊數(shù)統(tǒng)計
  REGISTER_COUNTER,
  //活躍數(shù)統(tǒng)計
  ACTIVE_COUNTER,
  //裂變數(shù)統(tǒng)計
  FISSION_COUNTER,
  //播放數(shù)統(tǒng)計
  PLAYED_COUNTER,
  //廣告點擊數(shù)統(tǒng)計
  ADCLICK_COUNTER;
 
  private StatisticEventType() {
  }
}

在事務(wù)service類中注入

@Autowired
  private ApplicationEventPublisher publisher;

處理完相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯后，調(diào)取publish操作啥辨，將事務(wù)發(fā)布出去

其一

public LoginLog increaseLoginLog(String ip, int uid, String username) {
    User user = mixinsService.getUser(uid);
    LoginLog loginLog = new LoginLog();
    loginLog.setLoginIp(ip);
    loginLog.setLoginTime(new Date());
    loginLog.setUid(uid);
    loginLog.setUsername(username);
    loginLog.setProxy(user.getProxy());
    loginLog.setChannel(user.getChannel());
    loginLog.setUserType(user.getUserType());
    loginLog.setOs(user.getOs());
    LoginLog log = loginLogRepository.save(loginLog);
    
    //發(fā)布事件
    publisher.publishEvent(new EverydayStatisticEventObject(log.getUid(), log.getOs(), log.getProxy(),StatisticEventType.ACTIVE_COUNTER));
    ChannelDailyDataManager.fireEvent(new UserActiveEvent(user.getChannel()));
    return log;
  }

Google Guava Cache緩存

Google Guava Cache是一種非常優(yōu)秀本地緩存解決方案涡匀，提供了基于容量，時間和引用的緩存回收方式溉知≡纱瘢基于容量的方式內(nèi)部實現(xiàn)采用LRU算法，基于引用回收很好的利用了Java虛擬機(jī)的垃圾回收機(jī)制级乍。其中的緩存構(gòu)造器CacheBuilder采用構(gòu)建者模式提供了設(shè)置好各種參數(shù)的緩存對象拾酝，緩存核心類LocalCache里面的內(nèi)部類Segment與jdk1.7及以前的ConcurrentHashMap非常相似，都繼承于ReetrantLock卡者，還有六個隊列蒿囤，以實現(xiàn)豐富的本地緩存方案。

Guava Cache與ConcurrentMap的區(qū)別

Guava Cache與ConcurrentMap很相似崇决，但也不完全一樣材诽。最基本的區(qū)別是ConcurrentMap會一直保存所有添加的元素，直到顯式地移除恒傻。相對地脸侥，Guava Cache為了限制內(nèi)存占用，通常都設(shè)定為自動回收元素盈厘。在某些場景下睁枕，盡管LoadingCache 不回收元素，它也是很有用的沸手，因為它會自動加載緩存外遇。

//bitmap的偏移量offset生產(chǎn),offset越大，占用內(nèi)存越多契吉，所以以每日第一個id作為minid跳仿，作為被減數(shù)
//使用guava cache緩存機(jī)制獲取最小id,設(shè)置過期時間為每一天，每天清空一次
private LoadingCache<String, Integer> minId = CacheBuilder.newBuilder().expireAfterWrite(1L, TimeUnit.DAYS).build(new CacheLoader<String, Integer>() {
    @Override
    public Integer load(String s) throws Exception {
      Date date = LocalDate.parse(StringUtils.substringAfter(s, "@")).toDate();
      if (ACTIVE_COUNTER.startsWith(s)) {
        LoginLog loginLog = loginLogRepository.getTopByLoginTimeBeforeOrderByIdDesc(date);
        if (loginLog != null) {
          return loginLog.getId();
        }
      } else if (PLAYED_COUNTER.startsWith(s)) {
        ViewHistory viewHistory = viewHistoryRepository.getTopByViewtimeBeforeOrderByIdDesc(date);
        if (viewHistory != null) {
          return viewHistory.getId();
        }
      } else if (ADCLICK_COUNTER.startsWith(s)) {
        AdvClickHistory advClickHistory = advClickHistoryRepository.getTopByCreateTimeBeforeOrderByIdDesc(date);
        if (advClickHistory != null) {
          return advClickHistory.getId();
        }
      }
      return 0;
    }
  });

位圖的基本介紹

概念

什么是位圖?BitMap,大家直譯為位圖. 我的理解是:位圖是內(nèi)存中連續(xù)的二進(jìn)制位(bit),可以用作對大量整形做去重和統(tǒng)計.

引入一個小栗子來幫助理解一下:

假如我們要存儲三個int數(shù)字 (1,3,5),在java中我們用一個int數(shù)組來存儲,那么占用了12個字節(jié).但是我們申請一個bit數(shù)組的話.并且把相應(yīng)下標(biāo)的位置為1,也是可以表示相同的含義的,比如

截屏2021-06-10 下午5.42.57.png

可以看到,對應(yīng)于1,3,5為下標(biāo)的bit上的值為1,我們或者計算機(jī)也是可以get到1,3,5這個信息的.

優(yōu)勢

那么這么做有什么好處呢?感覺更麻煩了鴨,下面這種存儲方式,在申請了bit[8]的場景下才占用了一個字節(jié),占用內(nèi)存是原來的12分之一,當(dāng)數(shù)據(jù)量是海量的時候,比如40億個int,這時候節(jié)省的就是10幾個G的內(nèi)存了.

這就引入了位圖的第一個優(yōu)勢,占用內(nèi)存小.

再想一下,加入我們現(xiàn)在有一個位圖,保存了用戶今天的簽到數(shù)據(jù).下標(biāo)可以是用戶的ID.

A:

截屏2021-06-10 下午5.43.41.png

這代表了用戶(1,3,5)今天簽到了.

當(dāng)然還有昨天的位圖,

B:

截屏2021-06-10 下午5.44.00.png

這代表了用戶(1,2,3,7)昨天簽到了.

我們現(xiàn)在想求:

昨天和今天都簽到的用戶.
昨天或者今天簽到的用戶.
在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中存儲的話,這將是一個比較麻煩的操作,要么要寫一些表意不明的SQL語句,要么進(jìn)行兩次查詢,然后在內(nèi)存中雙重循環(huán)去判斷.

而使用位圖就很簡單了,A & B, A | B 即可.上面的操作明顯是一個集合的與或操作,而二進(jìn)制天然就支持邏輯操作,且眾所周知貓是液體.錯了,眾多周知是計算機(jī)進(jìn)行二進(jìn)制運算的效率很高.

這就是位圖的第二個優(yōu)點: 支持與或運算且效率高.

哇,這么完美,那么哪里可以買到呢?,那么有什么缺點呢?

不足

當(dāng)然有,位圖不能很方便的支持非運算,(當(dāng)然,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支持的也不好).這句話可能有點難理解.繼續(xù)舉個例子:

我們想查詢今天沒有簽到的用戶,直接對位圖進(jìn)行取非是不可以的.

對今天簽到的位圖取非得到的結(jié)果如下:

截屏2021-06-10 下午5.44.42.png

這意味著今天(0,2,4,6,7)用戶沒有簽到嗎?不是的,存在沒有7(任意數(shù)字)號用戶的情況,或者他注銷了呢.

這是因為位圖只能表示布爾信息,即true/false.他在這個位圖中,表示的是XX用戶今天有簽到或者沒有簽到,但是不能額外的表達(dá),xx用戶存在/不存在這個狀態(tài)了.

但是我們可以曲線救國,首先搞一個全集用戶的位圖.比如:

全集:

截屏2021-06-10 下午5.45.10.png

然后用全集的位圖和簽到的位圖做異或操作,相同則為0,不相同則為1.

在業(yè)務(wù)的邏輯為: 用戶存在和是否簽到兩個bool值,共四種組合.

用戶存在,且簽到了. 兩個集合的對應(yīng)位都為1,那么結(jié)果就為0.
用戶存在,但是沒簽到. 全集對應(yīng)位為1,簽到為0,所以結(jié)果是1.
用戶不存在,那么必然沒可能簽到, 兩個集合的對應(yīng)位都是0,結(jié)果為0.
所以結(jié)果中,為1的只有一種可能:用戶存在且沒有簽到,正好是我們所求的結(jié)果.

A ^ 全集:

截屏2021-06-10 下午5.45.36.png

此外,位圖對于稀疏數(shù)據(jù)的表現(xiàn)不是很好,(當(dāng)然聰明的大佬們已經(jīng)基本解決掉了這個問題).原生的位圖來講,如果我們只有兩個用戶,1號和100000000號用戶,那么直接存儲int需要8個字節(jié)也就是32個bit,而用位圖存儲需要1億個bit.當(dāng)數(shù)據(jù)量少,且跨度極大也就是稀疏的時候,原生的位圖不太適合.

點擊這里跳轉(zhuǎn)到稀疏數(shù)據(jù)的解決方案

總結(jié)
那么我們來做一下總結(jié):

位圖是用二進(jìn)制位來存儲整形數(shù)據(jù)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在很多方面都有應(yīng)用,尤其是在大數(shù)據(jù)量的場景下,節(jié)省內(nèi)存及提高運算效率十分實用.

他的優(yōu)點有:

節(jié)省內(nèi)存.
-> 因此在大數(shù)據(jù)量的時候更加顯著.

與或運算效率高.
->可以快速求交集和并集.

缺點有:

不能直接進(jìn)行非運算.
-> 根本原因是位圖只能存儲一個布爾信息,信息多了就需要借助全量集合等數(shù)據(jù)輔助.

數(shù)據(jù)稀疏時浪費空間.
-> 這個不用很擔(dān)心,后面會講到大佬們的解法,基本可以解決掉.

只能存儲布爾類型.
-> 有限制,但是業(yè)務(wù)中很多數(shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為布爾類型.比如上面的例子中, 業(yè)務(wù)原意:用戶每天的簽到記錄,以用戶為維度. 我們可以轉(zhuǎn)換為: 每天的每個用戶是否簽到,就變?yōu)榱瞬紶栴愋偷臄?shù)據(jù).

應(yīng)用場景

應(yīng)用場景其實是很考驗人的,不能學(xué)以致用,在程序員行業(yè)里基本上就相當(dāng)于沒有學(xué)了吧…
經(jīng)過自己的摸索以及在網(wǎng)上的瀏覽,大致見到了一些應(yīng)用場景,粗略的寫出來,方便大家理解并且以后遇到類似的場景可以想到位圖并應(yīng)用他!

用戶簽到/搶購等唯一限制

用戶簽到每天只能一次,搶購活動中只能購買一件,這些需求導(dǎo)致的有一種查詢請求,給定的id做沒做過某事.而且一般這種需求都無法接受你去查庫的延遲.當(dāng)然你查一次庫之后在redis中寫入:key = 2345 , value = 簽到過了.也是可以實現(xiàn)的,但是內(nèi)存占用太大.

而使用位圖之后,當(dāng)2345用戶簽到過/搶購過之后,在redis中調(diào)用setbit 2019-07-01-簽到 2345 1即可,之后用戶的每次簽到/搶購請求進(jìn)來,只需要執(zhí)行相應(yīng)的getbit即可拿到是否放行的bool值.

這樣記錄,不僅可以節(jié)省空間,以及加快訪問速度之外,還可以提供一些額外的統(tǒng)計功能,比如調(diào)用bitcount來統(tǒng)計今天簽到總?cè)藬?shù)等等.統(tǒng)計速度一般是優(yōu)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的,可以用來做實時的接口查詢等.

用戶標(biāo)簽等數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)已經(jīng)很普遍了,用戶畫像大家也都在做,這時候需要根據(jù)標(biāo)簽分類用戶,進(jìn)行存儲.方便后續(xù)的推薦等操作.

而用戶及標(biāo)簽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計是一件比較麻煩的事情,且很容易造成查詢性能太低.同時,對多個標(biāo)簽經(jīng)常需要進(jìn)行邏輯操作,比如喜歡電子產(chǎn)品的00后用戶有哪些,女性且愛旅游的用戶有哪些等等,這在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中都會造成處理的困難.

可以使用位圖來進(jìn)行存儲,每一個標(biāo)簽存儲為一個位圖(邏輯上,實際上你還可以按照尾號分開等等操作),在需要的時間進(jìn)行快速的統(tǒng)計及計算. 如:

截屏2021-06-10 下午5.47.05.png

可以清晰的統(tǒng)計出,0,3,6用戶喜歡旅游.

截屏2021-06-10 下午5.47.19.png

那么對兩個位圖取與即可得到愛旅游的00后用戶為0,6.

大家都知道的是一個字節(jié)用的是8個二進(jìn)制位來存儲的捐晶，也就是8個0或者1菲语，即一個字節(jié)可以存儲十進(jìn)制0~127的數(shù)字妄辩，也即包含了所有的數(shù)字、英文大小寫字母以及標(biāo)點符號山上。

1Byte=8bit

1KB=1024Byte

1MB=1024KB

1GB=1024MB

位數(shù)組在redis存儲世界里眼耀，每一個字節(jié)也是8位，初始都是：

0 0 0 0 0 0 0 0

而位操作就是在對應(yīng)的offset偏移量上設(shè)置0或者1佩憾，比如將第3位設(shè)置為1哮伟，即：

0 0 0 0 1 0 0 0
#對應(yīng)redis操作即：
setbit key 3 1
在此基礎(chǔ)上，如果要在偏移量為13的位置設(shè)置1鸯屿，即：

setbit key 13 1
#對應(yīng)redis中的存儲為：
0 0 1 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 1 0 0 0

Bitmaps介紹

Redis提供的Bitmaps這個“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”可以實現(xiàn)對位的操作澈吨。Bitmaps本身不是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實際上就是字符串寄摆，但是它可以對字符串的位進(jìn)行操作谅辣。
可以把Bitmaps想象成一個以位為單位數(shù)組，數(shù)組中的每個單元只能存0或者1婶恼，數(shù)組的下標(biāo)在bitmaps中叫做偏移量桑阶。
單個bitmaps的最大長度是512MB，即2^32個比特位勾邦。
bitmaps的最大優(yōu)勢是節(jié)省存儲空間蚣录。例如，在一個以自增id代表不同用戶的系統(tǒng)中眷篇，我們只需要512MB空間就可以記錄40億用戶的某個單一信息（比如萎河，用戶是否希望接收新聞郵件）。

Bitmaps使用場景

1.各種實時分析(Real time analytics of all kinds)蕉饼。
2.存儲與對象ID關(guān)聯(lián)的布爾信息虐杯，要求高效且高性能(Storing space efficient but high performance boolean information associated with object IDs.)。

Bitmaps常用命令

1.設(shè)置值

命令：setbit key offset value

setbit命令接收兩個參數(shù)昧港，

第一個參數(shù)表示你要操作的是第幾個bit位擎椰，第二個參數(shù)表示你要將這個位設(shè)為何值，可選值只有0,1兩個创肥。
如果所操作的bit位超過了當(dāng)前字串的長度达舒，reids會自動增大字串長度。

2 獲取值

命令：getbit key offset

getbit只是返回特定bit位的值叹侄。如果試圖獲取的bit位在當(dāng)前字串長度范圍外巩搏，該命令返回0。

3 獲取Bitmaps指定范圍值為1的個數(shù)

命令：bitcount key [start] [end]
查看某一天是否有打卡圈膏！

統(tǒng)計操作塔猾，統(tǒng)計打卡的天數(shù)！

image.png

用Redis bitmap統(tǒng)計活躍用戶稽坤、留存

對于個int型的數(shù)來說,若用來記錄id,則只能記錄一個,而若轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制存儲,則可以表示32個,空間的利用率提升了32倍.對于海量數(shù)據(jù)的處理,這樣的存儲方式會節(jié)省很多內(nèi)存空間.對于未登陸的用戶,可以使用Hash算法,把對應(yīng)的用戶標(biāo)識哈希為一個數(shù)字id.對于一億個數(shù)據(jù)來說,我們也只需要1000000000/8/1024/1024大約12M空間左右.

而Redis已經(jīng)為我們提供了SETBIT的方法丈甸，使用起來非常的方便，我們在item頁面可以不停地使用SETBIT命令尿褪，設(shè)置用戶已經(jīng)訪問了該頁面睦擂，也可以使用GETBIT的方法查詢某個用戶是否訪問。最后通過BITCOUNT統(tǒng)計該網(wǎng)頁每天的訪問數(shù)量杖玲。

image.png

優(yōu)點: 占用內(nèi)存更小顿仇，查詢方便，可以指定查詢某個用戶摆马，對于非登陸的用戶臼闻，可能不同的key映射到同一個id，否則需要維護(hù)一個非登陸用戶的映射囤采，有額外的開銷述呐。

//使用觀察者模式，根據(jù)不同的type來判斷不同的事務(wù)
public String progressChanged(EverydayStatisticEventObject registerEventObject) {
    String Type = "";
    StatisticEventType eventType = registerEventObject.getStatisticEventType();
    switch (eventType) {
      case REGISTER_COUNTER:
        Type = REGISTER_COUNTER;
        break;
      case ACTIVE_COUNTER:
        Type = ACTIVE_COUNTER;
        break;
      case FISSION_COUNTER:
        Type = FISSION_COUNTER;
        break;
      case PLAYED_COUNTER:
        Type = PLAYED_COUNTER;
        break;
      case ADCLICK_COUNTER:
        Type = ADCLICK_COUNTER;
        break;
      default:
        break;
    }
    return Type;
  }
 
  //事件監(jiān)聽器
  //異步
  @EventListener
  @Async
  public void registerCountEvent(EverydayStatisticEventObject registerEventObject) {
 
 
    String date = LocalDate.now().toString(STATISTIC_DATE_FMT);
    String type = progressChanged(registerEventObject);
    
    //數(shù)據(jù)庫主鍵id 減去當(dāng)天第一個id 這樣每天的偏移量都是從一開始可以有效減少偏移量對內(nèi)存的占用蕉毯。
    int offset = registerEventObject.getId() + 1 - minId.getUnchecked(StringUtils.join(type, "@", date));
 
    String key = StringUtils.join(STATISTIC_CACHE_KEY_PREFIX, type,
      date, ":", registerEventObject.getOs());
 
 
    setBitmap(offset, key);
 
    String proxyKey = StringUtils.join(STATISTIC_CACHE_KEY_PREFIX, type,
      date, ":", registerEventObject.getProxy(), ":", registerEventObject.getOs());
 
    setBitmap(offset, proxyKey);
 
        
       /* redisTemplate.execute((RedisCallback) connection -> {
            Long count = connection.bitCount(key.getBytes());
            log.info("key={},count = {}乓搬，offset={}",key,count,offset);
            return true;
        });
        redisTemplate.execute((RedisCallback) connection -> {
            Long count = connection.bitCount(proxyKey.getBytes());
            log.info("proxyKey={},count = {},offset={}",proxyKey,count,offset);
            return true;
        });*/
  }
 
private void setBitmap(int offset, String key) {
 
    byte[] bitKey = key.getBytes();
 
    redisTemplate.execute((RedisCallback) connection -> {
      boolean exists = connection.getBit(bitKey, offset);
      if (!exists) {
        connection.setBit(bitKey, offset, true);
        //設(shè)置過期時間 每天的數(shù)據(jù)統(tǒng)計 只保留2天
        connection.expire(bitKey, 60L * 60 * 24 * 2);  //2 days
        return true;
      }
      return false;
    });
  }