[NewLife.XCode]实体队列（多线程生产的大数据集中保存）

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什么是实体队列
如何使用实体队列提升吞吐
系列教程

NewLife.XCode是一个有15年历史的开源数据中间件，支持netcore/net45/net40，由新生命团队(2002~2020)开发完成并维护至今，以下简称XCode。

整个系列教程会大量结合示例代码和运行日志来进行深入分析，蕴含多年开发经验于其中，代表作有百亿级大数据实时计算项目。

开源地址：https://github.com/NewLifeX/X（求star, 1067+）

在大数据分析处理中，需要对海量数据进行添删改操作，常规单行操作难以满足要求，批量操作势在必行！

飞仙（http://feixian.newlifex.com/）有收藏各种数据库批量插入数据的性能排行榜，其中**MySql冠军是60万tps，SQLite冠军是56.6万tps**！

然而很多时候，数据来自多个渠道（多线程、多网络连接），单个渠道数据量不大，甚至只有一行，就难以使用批量添删改操作了。例如物联网数据采集、埋点日志等，在多线程上有大量数据需要写入。因此，XCode创造性设计了实体队列技术！

！！阅读本文之前，建议阅读：https://www.yuque.com/smartstone/xcode/batch

回到目录# 什么是实体队列

要说实体队列EntityDeferredQueue，就不得不提它的基类延迟队列DeferredQueue。

延迟队列DeferredQueue的核心思想就是“凑批”，把要处理的零散数据放入一个“队列”，然后定时集中处理。

例如物联网采集服务端从多个连接收到数据，需要写入数据库，为了提升吞吐，可以把实体数据放入延迟队列，然后定时的落库，此时，延迟队列得到一批数据，可以使用批量插入技术。

实际上DeferredQueue内部并不是一个队列，而是一个并发字典，因为有些业务场景，需要在“入队列”时去重，例如统计数据，需要拿出某省份的统计数据，多次累加后集中保存。

private static readonly DeferredQueue _statCache = new EntityDeferredQueue { Name = "Gun", Action = EntityActions.Save };
private static void SaveStat(DateTime date, Int32 provinceID, String kind, ScanKinds scanKind, String code)
{
    var key = $"{date:yyMMdd}\_{provinceID}\_{kind}";
    var stat = _statCache.GetOrAdd(key, k => GunProvinceStat.FindByKey(k, true) ?? new GunProvinceStat());

    stat.StatDate = date;
    stat.Kind = kind;
    stat.ProvinceID = provinceID;
    stat.LastCode = code;

    stat.ProcessStat(scanKind);

    _statCache.Commit(key);
}

主要流程

对于统计型数据来说，可以在内存里面多次累加计算指标，然后一次性保存，并且是批量保存，极大减少了数据库写入次数。这是大数据分析必备利器！

延迟队列主要属性

/// 跟踪数。达到该值时输出跟踪日志，默认1000
public Int32 TraceCount { get; set; } = 1000;

/// 周期。默认10\_000毫秒
public Int32 Period { get; set; } = 10_000;

/// 最大个数。超过该个数时，进入队列将产生堵塞。默认100\_000
public Int32 MaxEntity { get; set; } = 100_000;

/// 批大小。默认5\_000
public Int32 BatchSize { get; set; } = 5_000;

/// 等待借出对象确认修改的时间，默认3000ms
public Int32 WaitForBusy { get; set; } = 3_000;

/// 保存速度，每秒保存多少个实体
public Int32 Speed { get; private set; }

/// 是否异步处理。默认true表示异步处理，共用DQ定时调度；false表示同步处理，独立线程
public Boolean Async { get; set; } = true;

回过头来，实体队列EntityDeferredQueue作为延迟队列的扩展延伸，实际上是定义了“队列数据”的处理行为。延迟队列只负责收集数据和定时调度，实际处理行为Process需要扩展。

EntityDeferredQueue定义了 Save/Insert/Update/Upsert/Delete 等行为供选择。

回到目录# 如何使用实体队列提升吞吐

再次深入分析前文的例子

private static readonly DeferredQueue _statCache = new EntityDeferredQueue { Name = "Gun", Action = EntityActions.Save };
private static void SaveStat(DateTime date, Int32 provinceID, String kind, ScanKinds scanKind, String code)
{
    var key = $"{date:yyMMdd}\_{provinceID}\_{kind}";
    var stat = _statCache.GetOrAdd(key, k => GunProvinceStat.FindByKey(k, true) ?? new GunProvinceStat());

    stat.StatDate = date;
    stat.Kind = kind;
    stat.ProvinceID = provinceID;
    stat.LastCode = code;

    stat.ProcessStat(scanKind);

    _statCache.Commit(key);
}

这是一个非常简单的数据分析项目，统计每天各省每一种扫描类型的操作次数。日均分析处理5亿行数据，每一行数据都要识别出日期、省份、类别等字段，也就是SaveStat每天要调用5亿次，结果数据分类存入统计表。共31省份27种类别，每日统计行数约800行（并非每个省都有全部类别）。通俗来讲，5亿行数据，分组聚合得到800行，实时计算，每5秒计算一次。

采用流式计算框架，逐行遍历5亿行实时数据，如果Insert/Update数据库5亿次，显然很不现实！

平均每行写入62.5万次（5亿/800），如果能够在内存里面“凑一凑”，每1000次更新，才写入一次数据库，那么总写入次数降低为50万次，平均每行写入625次。

实体队列/延迟队列，正是为了这类场景而设计！

首先，根据业务去构造一个唯一key，在这里就是日期+省份+类别；

其次，GetOrAdd尝试从队列里获取该key对应的统计对象，99%时候内存命中，如果不存在，则查数据库或者new一个；

再次，取得统计对象后，可以进行字段累加，stat.ProcessStat(scanKind)；

最后，Commit告诉队列，该key对应的实体对象已经使用完成，可以提交；

在延迟队列内部，定时（Period=10_000ms）执行一次保存，把内存里面的统计对象批量保存到数据库，并清空队列。

这里遇到的第一个问题就是，少量统计对象仍然使用怎么办？请放心，定时任务会等待一定时间（WaitForBusy=3000ms），如果使用方Commit则提前完成。因此，上面的Commit可以不要，效果会变差一些，同时，统计逻辑必须尽快完成（<3000ms）。

第二个问题很重要，定时间隔（Period=10_000ms）之内，内存数据是高危状态，如果此时进程退出，则意味着统计数据丢失。标准架构应该是在数据落库以后做Ack确认，但是原始数据实在太多（5亿），很不现实。因此，实际工作中，我们是通过提升系统可靠性来规避该问题，采用蚂蚁调度AntJob，结合分布式多节点部署，在实时计算中，内存保留数据并不多。每次需要更新程序时，先停止调度一分钟，等待数据落库和冷却，才能推出应用进程。在数据分析领域，一般允许有一定的数据误差（<0.01%），或者白天实时计算加夜晚离线重算的模式！

实际经验表明，只要应用没有非法退出，不存在数据丢失问题！

再来看看 ProcessStat内部，（这里的GunProvinceStat是XCode实体类，一张统计表）

public void ProcessStat(ScanKinds kind)
{
    //stat.Total++;
    Interlocked.Increment(ref _Total);

    switch (kind)
    {
        case ScanKinds.Receipt:
            //stat.Receipts++;
            Interlocked.Increment(ref _Receipts);
            break;
        case ScanKinds.SendBill:
        case ScanKinds.SendAir:
            //stat.Sends++;
            Interlocked.Increment(ref _Sends);
            break;
        case ScanKinds.SendBag:
            Interlocked.Increment(ref _SendBags);
            break;
        case ScanKinds.ComeBill:
        case ScanKinds.ComeAir:
            //stat.Comes++;
            Interlocked.Increment(ref _Comes);
            break;
        case ScanKinds.ComeBag:
            Interlocked.Increment(ref _ComeBags);
            break;
        case ScanKinds.SendCar:
        case ScanKinds.ComeCar:
            Interlocked.Increment(ref _Cars);
            break;
        case ScanKinds.Dispatch:
            //stat.Dispatchs++;
            Interlocked.Increment(ref _Dispatchs);
            break;
        case ScanKinds.Sign:
            //stat.Signs++;
            Interlocked.Increment(ref _Signs);
            break;
        case ScanKinds.Back:
            Interlocked.Increment(ref _Backs);
            break;
        case ScanKinds.Problem:
            Interlocked.Increment(ref _Problems);
            break;
        case ScanKinds.Stay:
        case ScanKinds.Other:
        case ScanKinds.Input:
        case ScanKinds.Order:
        case ScanKinds.Electronic:
        default:
            Interlocked.Increment(ref _Others);
            break;
    }
}

数据表结构

<Table Name="GunProvinceStat" Description="巴枪省份统计" IgnoreNameCase="False">
  <Columns>
    <Column Name="ID" DataType="Int32" Identity="True" PrimaryKey="True" Description="编号" />
    <Column Name="StatDate" DataType="DateTime" Description="统计日期" />
    <Column Name="ProvinceID" DataType="Int32" Description="省份。0表示全国" />
    <Column Name="Kind" DataType="String" Description="类别。All表示所有类型" />
    <Column Name="Total" DataType="Int64" Description="总次数" />
    <Column Name="Receipts" DataType="Int64" Description="收件数" />
    <Column Name="Sends" DataType="Int64" Description="发件数" />
    <Column Name="Comes" DataType="Int64" Description="到件数" />
    <Column Name="Dispatchs" DataType="Int64" Description="派件数" />
    <Column Name="Signs" DataType="Int64" Description="签收数" />
    <Column Name="SendBags" DataType="Int64" Description="发包数" />
    <Column Name="ComeBags" DataType="Int64" Description="到包数" />
    <Column Name="Cars" DataType="Int64" Description="扫车数" />
    <Column Name="Backs" DataType="Int64" Description="退件数" />
    <Column Name="Problems" DataType="Int64" Description="问题件数" />
    <Column Name="Others" DataType="Int64" Description="其它数" />
    <Column Name="LastCode" DataType="String" Description="最后单号" />
    <Column Name="CreateTime" DataType="DateTime" Description="创建时间" />
    <Column Name="UpdateTime" DataType="DateTime" Description="更新时间" />
  Columns>
  <Indexes>
    <Index Columns="StatDate,ProvinceID,Kind" Unique="True" />
    <Index Columns="Kind,ProvinceID" />
  Indexes>
Table>

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NewLife.XCode教程系列[2019版]

增删改查入门。快速展现用法，代码配置连接字符串
数据模型文件。建立表格字段和索引，名字以及数据类型规范，推荐字段（时间，用户，IP）
实体类详解。数据类业务类，泛型基类，接口
功能设置。连接字符串，调试开关，SQL日志，慢日志，参数化，执行超时。代码与配置文件设置，连接字符串局部设置
反向工程。自动建立数据库数据表
数据初始化。InitData写入初始化数据
高级增删改。重载拦截，自增字段，Valid验证，实体模型（时间，用户，IP）
脏数据。如何产生，怎么利用
增量累加。高并发统计
事务处理。单表和多表，不同连接，多种写法
扩展属性。多表关联，Map映射
高级查询。复杂条件，分页，自定义扩展FieldItem，查总记录数，查汇总统计
数据层缓存。Sql缓存，更新机制
实体缓存。全表整理缓存，更新机制
对象缓存。字典缓存，适用用户等数据较多场景。
百亿级性能。字段精炼，索引完备，合理查询，充分利用缓存
实体工厂。元数据，通用处理程序
角色权限。Membership
导入导出。Xml，Json，二进制，网络或文件
分表分库。常见拆分逻辑
高级统计。聚合统计，分组统计
批量写入。批量插入，批量Upsert，异步保存
实体队列。写入级缓存，提升性能。
备份同步。备份数据，恢复数据，同步数据
数据服务。提供RPC接口服务，远程执行查询，例如SQLite网络版
大数据分析。ETL抽取，调度计算处理，结果持久化

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