SpringBoot與Arrow Flight整合，實現跨服務零拷貝優化功能

作者：Java知識日歷 2025-07-22 03:15:00

對于電商系統的微服務架構，其中訂單服務、庫存服務和支付服務需要頻繁地交換大量數據。傳統的RESTful API可能因為多次序列化和反序列化導致性能瓶頸。使用Apache Arrow Flight可以顯著提升這些服務間的通信效率，減少延遲，并降低資源消耗。

我為什么推薦Apache Arrow Flight?

列式存儲：Apache Arrow采用列式內存格式來存儲數據，這使得數據處理更加高效。列式存儲可以減少I/O操作，提高數據讀取速度，尤其是在處理大數據集時。
零拷貝傳輸：Arrow Flight支持零拷貝數據傳輸，這意味著數據在進程間傳遞時不進行不必要的復制操作，從而顯著降低內存使用和CPU開銷。
低延遲：由于零拷貝機制，數據傳輸的延遲更低，適合實時數據分析和流處理應用。
并行處理：Arrow的列式存儲格式非常適合并行處理任務，能夠充分利用現代多核處理器的能力。
標準化：Arrow提供了一種標準化的數據格式，簡化了不同系統之間的數據交換。無論是從數據庫、文件系統還是其他服務獲取數據，都可以轉換為Arrow格式進行處理。
兼容性：Arrow與多種編程語言（如Java、Python、C++等）都有良好的支持，便于在異構環境中使用。
輕量級協議：Arrow Flight基于gRPC構建，利用其高效的通信機制和豐富的生態系統，方便與其他服務集成。
內置功能：Arrow Flight提供了認證、授權和加密等功能，確保數據傳輸的安全性和完整性。

哪些公司使用了Apache Arrow Flight？

Cloudera 在分布式環境中使用 Apache Arrow Flight 來加速數據移動和查詢性能。
Dremio 利用 Apache Arrow Flight 提供高效的實時數據分析能力，支持跨多種數據源的數據查詢和加速。
Tableau 使用 Apache Arrow Flight 來提高數據加載速度和交互式分析性能，特別是在大數據集上的操作。
Snowflake 使用 Apache Arrow Flight 來優化數據傳輸和處理，特別是在云環境中提供高性能的數據共享和查詢服務。
Ververica 使用 Apache Arrow Flight 來優化流處理和批處理作業中的數據傳輸和處理效率。

代碼實操

<!-- Apache Arrow Memory -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.arrow</groupId>
            <artifactId>arrow-memory-core</artifactId>
        </dependency>

        <!-- Apache Arrow Vector -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.arrow</groupId>
            <artifactId>arrow-vector</artifactId>
        </dependency>

        <!-- Apache Arrow Flight Core -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.arrow</groupId>
            <artifactId>arrow-flight-core</artifactId>
        </dependency>

        <!-- Apache Arrow Flight GRPC -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.arrow</groupId>
            <artifactId>arrow-flight-grpc</artifactId>
        </dependency>

訂單模型

package com.example.demo;

/**
 * 訂單實體類
 */
publicclass Order {
    privatelong orderId;
    private String customerName;

    /**
     * 構造函數
     * @param orderId 訂單ID
     * @param customerName 客戶姓名
     */
    public Order(long orderId, String customerName) {
        this.orderId = orderId;
        this.customerName = customerName;
    }

    /**
     * 獲取訂單ID
     * @return 訂單ID
     */
    public long getOrderId() {
        return orderId;
    }

    /**
     * 設置訂單ID
     * @param orderId 訂單ID
     */
    public void setOrderId(long orderId) {
        this.orderId = orderId;
    }

    /**
     * 獲取客戶姓名
     * @return 客戶姓名
     */
    public String getCustomerName() {
        return customerName;
    }

    /**
     * 設置客戶姓名
     * @param customerName 客戶姓名
     */
    public void setCustomerName(String customerName) {
        this.customerName = customerName;
    }
}

訂單服務

package com.example.demo;

import org.springframework.stereotype.Service;

import javax.annotation.PostConstruct;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@Service
publicclass OrderService {

    private List<Order> orders;

    /**
     * 初始化訂單列表
     */
    @PostConstruct
    public void init() {
        orders = new ArrayList<>();
        orders.add(new Order(1L, "Alice"));
        orders.add(new Order(2L, "Bob"));
        orders.add(new Order(3L, "Charlie"));
    }

    /**
     * 獲取所有訂單
     * @return 訂單列表
     */
    public List<Order> getAllOrders() {
        return orders;
    }
}

ArrowFlightApplication

package com.example.demo;

import org.apache.arrow.flight.*;
import org.apache.arrow.memory.BufferAllocator;
import org.apache.arrow.memory.RootAllocator;
import org.apache.arrow.vector.BigIntVector;
import org.apache.arrow.vector.VarCharVector;
import org.apache.arrow.vector.VectorSchemaRoot;
import org.apache.arrow.vector.ipc.message.ArrowRecordBatch;
import org.apache.arrow.vector.types.pojo.Field;
import org.apache.arrow.vector.types.pojo.Schema;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;

@SpringBootApplication
public class ArrowFlightApplication implements CommandLineRunner {

    @Autowired
    private OrderService orderService;

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ArrowFlightApplication.class, args);
    }

    /**
     * 在應用程序啟動后執行的方法
     */
    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // 創建內存分配器
        BufferAllocator allocator = new RootAllocator(Long.MAX_VALUE);

        // 定義訂單數據的模式（schema）
        Schema schema = new Schema(List.of(
                Field.nullable("orderId", org.apache.arrow.vector.types.Types.MinorType.BIGINT.getType()),
                Field.nullable("customerName", org.apache.arrow.vector.types.Types.MinorType.VARCHAR.getType())
        ));

        // 創建向量架構根和向量
        VectorSchemaRoot root = VectorSchemaRoot.create(schema, allocator);
        BigIntVector orderIdVector = (BigIntVector) root.getVector("orderId");
        VarCharVector customerNameVector = (VarCharVector) root.getVector("customerName");

        // 從服務中獲取所有訂單
        List<Order> orders = orderService.getAllOrders();
        int rowCount = orders.size();

        // 分配內存并設置向量中的值
        orderIdVector.allocateNewSafe(rowCount);
        customerNameVector.allocateNewSafe(rowCount);
        for (int i = 0; i < rowCount; i++) {
            Order order = orders.get(i);
            orderIdVector.set(i, order.getOrderId());
            customerNameVector.setSafe(i, order.getCustomerName().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        }
        root.setRowCount(rowCount);

        // 準備記錄批次
        ArrowRecordBatch arrowRecordBatch = new ArrowRecordBatch(root.getRowCount(), root.getFieldBuffers());

        try (final Location location = Location.forGrpcInsecure("localhost", 10015)) {
            // 構建并啟動Arrow Flight服務器
            final FlightServer server = FlightServer.builder(location)
                    .registerProducer(new Ticket("orders"), new OrdersProducer(allocator, arrowRecordBatch))
                    .build();

            server.start();
            System.out.println("Arrow Flight server started on port 10015");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 實現FlightProducer接口，用于處理飛行請求
     */
    private static class OrdersProducer implements FlightProducer {
        private final BufferAllocator allocator;
        private final ArrowRecordBatch arrowRecordBatch;

        public OrdersProducer(BufferAllocator allocator, ArrowRecordBatch arrowRecordBatch) {
            this.allocator = allocator;
            this.arrowRecordBatch = arrowRecordBatch;
        }

        @Override
        public Runnable acceptPut(CallContext context, FlightStream flightStream, StreamListener<PutResult> ackStream) {
            throw new UnsupportedOperationException("PUT not implemented");
        }

        @Override
        public void listFlights(Criteria criteria, StreamListener<FlightInfo> listener) {
            Schema schema = arrowRecordBatch.getSchema();
            listener.onNext(
                    new FlightInfo(schema,
                            new Ticket("orders"),
                            List.of(flightDescriptorForCriteria(criteria)),
                            -1, -1)
            );
            listener.onCompleted();
        }

        @Override
        public void getStream(CallContext context, Ticket ticket, ServerStreamListener listener) {
            if (!ticket.ticket.equals("orders".getBytes())) {
                listener.error(new StatusRuntimeException(Status.INVALID_ARGUMENT.withDescription("Unknown ticket")));
                return;
            }

            listener.start(VectorSchemaRoot.create(ticket.getSchema(), allocator), () -> {}, ex -> {});
            listener.putNext();
            listener.completed();
        }

        private FlightDescriptor flightDescriptorForCriteria(Criteria criteria) {
            return FlightDescriptor.path("path/to/orders");
        }
    }
}

責任編輯：武曉燕來源： Java知識日歷