批量上报设备实时运行状态解决方案

背景

在工业设备的一些场景中,一般会有设备运行状态监控这种功能要求,面对成千上万台单点设备,如何在PC上监控所有设备的运行状态?

解决方案探讨

先做两个假定:

1、首先,假定系统需要上报的单点设备有10W台(一般的工业系统有如此规模,应该是已经做得很强很大了,因此百万级别的,这里先不考虑),并且设备的mac地址是随机均匀分配的,需要每分钟上报一次(也可以每5分钟上报一次),上报的频率越少,对服务器的压力就越小。
2、其次,假定通过HTTP请求的方式,服务器端提供统一的接口,每个单点设备调用接口上报自己的运行状态,Socket上报的方式也暂不考虑。

可能会面临的问题

很容易想到一种简单的方式,即在设备上启动一个定时任务,每分钟调用一次接口,然后上报运行状态,很显然这种方式有一个很大的问题,稍微有经验的程序员都能够想到,所有的设备上报状态都发生在每个整数分钟,服务器端的接口如果不做处理,是不能承载很大的并发量的,面对这种情况,我提出了如下解决方案,共大家参考。

解决方案

整体的解决方案,主要分为三部分:

分散各个单点设备调用接口的时间,尽量做到不是所有设备都在整分钟的时候上报状态,而是划分为60个区间,争取做到每秒上报的设备数量是大致相同的。

具体实现策略:每一台设备都有一个物理mac地址,一般都是一个16进制的字符串组成的,比如某几种平板的mac地址是6A:4A:E9:7A:A7:16,94:BE:46:7F:22:8D,将mac地址的最后两位 转换为十进制,然后在用60(一分钟共60秒)对其取余,返回的值范围一定是在0~59,即将这些设备划分到60个不同的时间区间内,然后设备上启用一个定时任务,每秒执行一次,如果前面取余的值等于当前时间的秒数,则可以调用上报接口,否则不上报。
这个策略成功的将10万台设备,分到60个不同时间区间,每个区间有1666台设备,大幅度降低并发量。当然这个是假定所有的设备mac地址均是随机的,均分到60个时间区间也是大概率事件。
一般的系统,做到这一步,应该就能够满足生产需求了,系统结构简单,并且易于实现。

服务器端做削峰处理。

现在服务器端做削峰处理的方式很多,比如常见的引入消息机制。将所有的请求先放入消息队列,然后服务器端逐个进行落库处理,针对前面10万级别的,每秒1700个请求,太大材小用了。对于消息机制能够处理的并发量能力,相信大多数程序员都经历过各种电商节,这里就不在赘述了。

多服务器部署。

当单服务不能满足业务量的情况下,通常的解决方式就是扩展服务器,增加服务端水平处理问题的能力了。

再回来说一下如果有100W台设备的情况,经过第一步的处理,每秒就已经降级到1.6万次请求,第二步时,请求进入消息队列,然后服务器端比如增加到10台,分配给每台机器的是1600个请求,比如落库时使用的数据库不是特别糟糕,基本上都没问题,在如果上升到1000万台设备,此时,我想应该直接落库到高速缓存中了吧,比如redis,在定期将缓存中的数据批量更新到数据库。

总结

前然后本文是基于每分钟上报一次,实际情况也有可能是每五分钟,或者10分钟,比如5分钟的,可以均等为5分钟,或者更细的300秒,看实际设备数量大小,实际情况可以参考本文的思路。
面的步骤一和二,没有什么依赖,完全看个人选择,但是直接上步骤三,被玩死,是大概率事件!

原文连接:

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