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Elasticsearch Java High-Level REST Client：异步请求与回调处理机制

Elasticsearch Java High-Level REST Client：异步请求与回调处理机制

大家好，今天我们来深入探讨Elasticsearch Java High-Level REST Client中的异步请求与回调处理机制。 在高并发、低延迟的场景下，同步请求往往会成为性能瓶颈。异步请求允许客户端发送请求后立即返回，无需等待服务器响应，从而释放线程资源，提高吞吐量。High-Level REST Client提供了强大的异步请求功能，并结合了回调机制，使得我们能够优雅地处理请求的结果。

异步请求的基本概念

在理解High-Level REST Client的异步请求之前，我们需要先明确几个基本概念：

  • 异步操作 (Asynchronous Operation): 异步操作是指发起调用后不必立即等待结果返回，调用者可以继续执行后续代码。结果会在稍后通过某种机制通知调用者。
  • 回调函数 (Callback Function): 回调函数是作为参数传递给另一个函数的函数，当被调函数执行完成后，会调用回调函数来通知调用者。
  • CompletableFuture: java.util.concurrent.CompletableFuture 是Java 8引入的一个强大的异步编程工具，它代表一个异步计算的结果。 它可以显式地控制异步计算的完成，并允许我们组合、链接和处理异步操作的结果。

High-Level REST Client 异步请求的实现

High-Level REST Client通过提供async后缀的方法来实现异步请求。 例如，search方法的同步版本是search(SearchRequest request, RequestOptions options)，而异步版本是searchAsync(SearchRequest request, RequestOptions options, ActionListener<SearchResponse> listener)。

核心在于 ActionListener<T> 接口。 这是一个回调接口，定义了异步操作完成后的处理逻辑。

public interface ActionListener<Response> {

    /**
     * Invoked when the operation is done.
     *
     * @param response the result of the operation.
     */
    void onResponse(Response response);

    /**
     * Invoked when an exception is raised.
     *
     * @param e the exception.
     */
    void onFailure(Exception e);

    /**
     * Wraps an instance of {@link ActionListener} to execute logic before and/or after the delegate
     * is invoked.
     */
    static <Response> ActionListener<Response> wrap(ActionListener<Response> delegate, ContextPreservation context) {
        return new ContextPreservingActionListener<>(delegate, context);
    }

    /**
     * Returns an {@link ActionListener} that ignores the response but logs a failure.
     */
    static <Response> ActionListener<Response> wrap(Logger logger, String message, Object... args) {
        return new LoggingActionListener<>(logger, message, args);
    }
}

ActionListener 接口定义了两个关键方法：

  • onResponse(Response response): 当请求成功完成时，会调用此方法，并将响应结果作为参数传递给它。
  • onFailure(Exception e): 当请求发生异常时，会调用此方法，并将异常对象作为参数传递给它。

异步搜索的示例代码

下面是一个使用 High-Level REST Client 进行异步搜索的示例：

import org.elasticsearch.action.search.SearchRequest;
import org.elasticsearch.action.search.SearchResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.elasticsearch.common.unit.TimeValue;
import org.elasticsearch.index.query.QueryBuilders;
import org.elasticsearch.search.builder.SearchSourceBuilder;
import org.elasticsearch.action.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class AsyncSearchExample {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        // 假设你已经创建了一个 RestHighLevelClient 实例 client
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClientBuilder().build(); // 替换为你的client构建方式

        SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
        SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
        searchSourceBuilder.query(QueryBuilders.matchAllQuery());
        searchSourceBuilder.timeout(new TimeValue(60, TimeUnit.SECONDS));
        searchRequest.source(searchSourceBuilder);

        // 创建 ActionListener
        ActionListener<SearchResponse> listener = new ActionListener<SearchResponse>() {
            @Override
            public void onResponse(SearchResponse searchResponse) {
                // 处理搜索结果
                System.out.println("Search completed successfully!");
                System.out.println("Hits: " + searchResponse.getHits().getTotalHits());
                // 可以进一步处理 searchResponse.getHits().getHits() 中的结果
            }

            @Override
            public void onFailure(Exception e) {
                // 处理异常
                System.err.println("Search failed: " + e.getMessage());
                e.printStackTrace();
            }
        };

        // 发起异步搜索请求
        client.searchAsync(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT, listener);

        // 在异步请求发起后，可以继续执行其他操作
        System.out.println("Search request sent asynchronously...");

        // 为了演示，这里让主线程休眠一段时间，等待异步请求完成
        // 在实际应用中，你通常不需要这样做，而是通过回调函数处理结果
        Thread.sleep(5000);

        client.close();
    }
}

//构建client
class RestHighLevelClientBuilder{
    public RestHighLevelClient build(){
        return new RestHighLevelClient(
                RestClient.builder(
                        new HttpHost("localhost", 9200, "http")
                )
        );
    }
}

import org.apache.http.HttpHost;
import org.elasticsearch.client.RestClient;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;

在这个示例中，我们首先创建了一个SearchRequest对象，并设置了查询条件和超时时间。然后，我们创建了一个ActionListener<SearchResponse>实例，并实现了onResponse和onFailure方法来处理搜索结果和异常。最后，我们调用client.searchAsync()方法发起异步搜索请求，并将SearchRequest、RequestOptions和ActionListener作为参数传递给它。

注意：RequestOptions.DEFAULT 是一个预定义的 RequestOptions 实例，它使用默认的配置。 你可以根据需要创建自定义的 RequestOptions，例如设置请求头。

使用 CompletableFuture 处理异步结果

虽然 ActionListener 是处理异步请求的传统方式，但 CompletableFuture 提供了更灵活和强大的异步编程模型。 High-Level REST Client 并没有直接返回 CompletableFuture，但我们可以通过一些技巧将 ActionListener 与 CompletableFuture 结合使用。

import org.elasticsearch.action.search.SearchRequest;
import org.elasticsearch.action.search.SearchResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.elasticsearch.common.unit.TimeValue;
import org.elasticsearch.index.query.QueryBuilders;
import org.elasticsearch.search.builder.SearchSourceBuilder;
import org.elasticsearch.action.ActionListener;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class AsyncSearchWithCompletableFuture {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        // 假设你已经创建了一个 RestHighLevelClient 实例 client
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClientBuilder().build(); // 替换为你的client构建方式

        SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
        SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
        searchSourceBuilder.query(QueryBuilders.matchAllQuery());
        searchSourceBuilder.timeout(new TimeValue(60, TimeUnit.SECONDS));
        searchRequest.source(searchSourceBuilder);

        // 创建 CompletableFuture
        CompletableFuture<SearchResponse> future = new CompletableFuture<>();

        // 创建 ActionListener，并将结果传递给 CompletableFuture
        ActionListener<SearchResponse> listener = new ActionListener<SearchResponse>() {
            @Override
            public void onResponse(SearchResponse searchResponse) {
                future.complete(searchResponse); // 请求成功，完成 future
            }

            @Override
            public void onFailure(Exception e) {
                future.completeExceptionally(e); // 请求失败，完成 future 并抛出异常
            }
        };

        // 发起异步搜索请求
        client.searchAsync(searchRequest, RequestOptions.DEFAULT, listener);

        // 使用 CompletableFuture 处理结果
        try {
            SearchResponse searchResponse = future.get(10, TimeUnit.SECONDS); // 设置超时时间
            System.out.println("Search completed successfully!");
            System.out.println("Hits: " + searchResponse.getHits().getTotalHits());
            // 可以进一步处理 searchResponse.getHits().getHits() 中的结果
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("Search failed: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            client.close();
        }

    }
}

在这个示例中，我们创建了一个CompletableFuture<SearchResponse>对象，并将其与ActionListener关联起来。当请求成功完成时，我们调用future.complete(searchResponse)方法来完成CompletableFuture，并将响应结果传递给它。当请求发生异常时，我们调用future.completeExceptionally(e)方法来完成CompletableFuture，并抛出异常。

使用 CompletableFuture 的好处包括：

  • 链式调用: 可以使用 thenApply、thenAccept、thenCompose 等方法将多个异步操作链接起来，形成一个处理管道。
  • 组合操作: 可以使用 allOf、anyOf 等方法同时执行多个异步操作，并在所有操作完成或任一操作完成后执行后续逻辑。
  • 异常处理: 可以使用 exceptionally、handle 等方法优雅地处理异步操作中的异常。
  • 超时控制: 可以通过 future.get(timeout, unit) 设置超时时间，防止无限期等待。

RequestOptions 的重要性

RequestOptions 对象允许你自定义请求的各种属性，例如：

  • Headers: 可以设置请求头，例如Content-Type、Authorization 等。
  • Context: 可以设置请求的上下文信息，例如跟踪 ID。
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.apache.http.Header;
import org.apache.http.message.BasicHeader;

// 创建 RequestOptions
RequestOptions.Builder builder = RequestOptions.DEFAULT.toBuilder();

// 添加请求头
Header[] headers = new Header[] {
    new BasicHeader("Content-Type", "application/json"),
    new BasicHeader("Authorization", "Bearer your_token")
};
builder.addHeader(headers[0]);
builder.addHeader(headers[1]);

RequestOptions options = builder.build();

// 在异步请求中使用 RequestOptions
// client.searchAsync(searchRequest, options, listener);

根据实际需求配置RequestOptions对于保证请求的正确性和安全性至关重要。

线程模型和性能考量

High-Level REST Client 的异步请求默认使用 client 内部的线程池来执行网络 I/O 操作。 这个线程池的大小是有限制的，因此在高并发场景下，需要仔细评估线程池的容量，并根据实际情况进行调整。

以下是一些关于线程模型和性能的建议：

  • 监控线程池: 监控 High-Level REST Client 使用的线程池的利用率，如果线程池经常处于饱和状态，则需要增加线程池的大小。
  • 避免阻塞操作: 在回调函数中避免执行耗时的阻塞操作，否则会影响线程池的性能。 如果需要执行耗时操作，可以将其提交到单独的线程池中执行。
  • 使用合适的队列大小: 如果请求量很大，可以增加客户端的请求队列大小，以缓解瞬时流量冲击。
  • 调整 JVM 参数: 根据应用程序的负载情况，合理调整 JVM 的堆大小、GC 策略等参数，以提高性能。

错误处理和重试机制

在异步请求中，错误处理尤为重要。 我们需要确保能够捕获并处理所有可能的异常，以避免程序崩溃。

High-Level REST Client 并没有内置的重试机制，但我们可以通过自定义逻辑来实现重试。

import org.elasticsearch.action.search.SearchRequest;
import org.elasticsearch.action.search.SearchResponse;
import org.elasticsearch.client.RequestOptions;
import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
import org.elasticsearch.common.unit.TimeValue;
import org.elasticsearch.index.query.QueryBuilders;
import org.elasticsearch.search.builder.SearchSourceBuilder;
import org.elasticsearch.action.ActionListener;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class AsyncSearchWithRetry {

    private static final int MAX_RETRIES = 3;

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        // 假设你已经创建了一个 RestHighLevelClient 实例 client
        RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClientBuilder().build(); // 替换为你的client构建方式

        SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("your_index");
        SearchSourceBuilder searchSourceBuilder = new SearchSourceBuilder();
        searchSourceBuilder.query(QueryBuilders.matchAllQuery());
        searchSourceBuilder.timeout(new TimeValue(60, TimeUnit.SECONDS));
        searchRequest.source(searchSourceBuilder);

        performAsyncSearchWithRetry(client, searchRequest, RequestOptions.DEFAULT, MAX_RETRIES);

        Thread.sleep(5000);
        client.close();
    }

    private static void performAsyncSearchWithRetry(RestHighLevelClient client, SearchRequest searchRequest, RequestOptions options, int retries) {
        client.searchAsync(searchRequest, options, new ActionListener<SearchResponse>() {
            @Override
            public void onResponse(SearchResponse searchResponse) {
                System.out.println("Search completed successfully!");
                System.out.println("Hits: " + searchResponse.getHits().getTotalHits());
                // 处理搜索结果
            }

            @Override
            public void onFailure(Exception e) {
                System.err.println("Search failed: " + e.getMessage());
                e.printStackTrace();

                if (retries > 0) {
                    System.out.println("Retrying... (attempts left: " + (retries - 1) + ")");
                    try {
                        Thread.sleep(1000); // 稍微等待一下再重试
                    } catch (InterruptedException ex) {
                        Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
                    }
                    performAsyncSearchWithRetry(client, searchRequest, options, retries - 1); // 递归调用重试
                } else {
                    System.err.println("Max retries reached. Giving up.");
                    // 记录错误日志，采取其他补救措施
                }
            }
        });
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个performAsyncSearchWithRetry方法，该方法接受一个retries参数，表示剩余的重试次数。 如果请求失败，并且retries大于0，则该方法会等待一段时间后递归调用自身，进行重试。 如果retries等于0，则表示已经达到最大重试次数，放弃重试。

在实际应用中，你需要根据具体的业务需求来设计重试策略，例如：

  • 指数退避: 每次重试之间的时间间隔呈指数增长，以避免在高并发情况下对服务器造成过大的压力。
  • 熔断机制: 当连续多次请求失败时，熔断器会打开，暂停一段时间的请求，以保护服务器。

总结一下今天的内容

今天，我们详细介绍了 Elasticsearch Java High-Level REST Client 的异步请求与回调处理机制。我们学习了如何使用 ActionListener 和 CompletableFuture 来处理异步请求的结果，以及如何配置 RequestOptions、处理错误和实现重试机制。 掌握这些知识对于构建高性能、高可靠的 Elasticsearch 应用至关重要。

希望今天的分享对大家有所帮助，谢谢！

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