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复合校验与布隆过滤器实践

GGBOND2025/9/19大约 5 分钟Java

比如在高并发系统中，用户注册是一个典型的高风险操作：

  • 同一个手机号可能被重复提交
  • 数据校验逻辑复杂
  • 数据库频繁查询可能成为性能瓶颈

为了应对这些挑战，本篇笔记总结了 复合校验（Composite Check） 和 布隆过滤器（Bloom Filter） 在注册场景中的应用实践。

1️⃣ 注册方法解析

以 register(UserRegisterDto userRegisterDto) 方法为例：

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
@ServiceLock(lockType=LockType.Write, name = REGISTER_USER_LOCK, keys = {"#userRegisterDto.mobile"})
public Boolean register(UserRegisterDto userRegisterDto) {
    // 执行用户注册前的复合校验检查
    compositeContainer.execute(CompositeCheckType.USER_REGISTER_CHECK.getValue(), userRegisterDto);
    
    // 数据库操作
    User user = new User();
    BeanUtils.copyProperties(userRegisterDto, user);
    user.setId(uidGenerator.getUid());
    userMapper.insert(user);

    UserMobile userMobile = new UserMobile();
    userMobile.setId(uidGenerator.getUid());
    userMobile.setUserId(user.getId());
    userMobile.setMobile(userRegisterDto.getMobile());
    userMobileMapper.insert(userMobile);

    // 布隆过滤器添加手机号
    bloomFilterHandler.add(userMobile.getMobile());
    
    return true;
}

核心功能点

  1. 事务保证（@Transactional）

    • 保证用户表和手机号表操作原子性
    • 异常回滚，避免部分数据写入

  2. 服务锁（@ServiceLock）

    • 防止高并发下重复注册
    • 锁粒度基于手机号

2️⃣ 复合校验（Composite Check）

什么是复合校验？

复合校验是一种 将多种校验策略组合在一起的模式，通常使用 Composite + Strategy 设计模式 实现：

  • 每种校验逻辑是一个独立策略（Strategy），继承 AbstractUserRegisterCheckHandler
  • CompositeContainer 负责扫描所有策略，按层级和顺序组装成组合树
  • 调用 execute(type, param) 时，会依次执行所有策略
  • 只要有一条策略校验失败，就抛出异常，终止注册流程

与简单接口策略不同，抽象类提供了 子节点管理、递归执行和公共方法，无需每个策略重复实现组合逻辑。

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1️⃣ 类关系梳理

AbstractComposite<T>           // 抽象组合接口基类
      ↑
      │
AbstractUserRegisterCheckHandler  // 用户注册校验抽象基类
      ↑
      │
+------------------------------+
| 具体策略类（Strategy）         |
| UserExistCheckHandler         |
| UserRegisterVerifyCaptcha     |
| UserRegisterMobileCheck       |
| ...                           |
+------------------------------+

CompositeContainer<T>         // 容器类，负责初始化和执行整个组合树

  • AbstractComposite

    • 定义了组合模式的通用结构，包括 list 存储子节点、add() 添加子节点、allExecute() 层次遍历执行
    • 提供抽象方法：execute()、type()、executeParentOrder()、executeTier()、executeOrder()

  • AbstractUserRegisterCheckHandler

    • 用户注册校验的抽象基类
    • 固定了 type() 返回值为 USER_REGISTER_CHECK

  • 具体策略类

    • 每条校验逻辑继承自 AbstractUserRegisterCheckHandler
    • 实现 execute() 方法完成校验
    • 通过 executeParentOrder() / executeTier() / executeOrder() 定义树形结构和执行顺序

  • CompositeContainer

    • Spring 初始化时扫描所有 AbstractComposite Bean
    • 按 type 分组并根据 tier/order 构建组合树
    • 调用 execute(type, param) 时，按层次遍历执行所有子策略

2️⃣ 执行流程示意

假设注册流程中有三个策略：

  1. UserRegisterMobileCheck（手机号校验） tier=1, order=1
  2. UserExistCheckHandler（手机号是否存在） tier=2, order=2
  3. UserRegisterVerifyCaptcha（验证码校验） tier=1, order=2

组合树结构：

Root (tier 1)
├─ UserRegisterMobileCheck (order 1)
├─ UserRegisterVerifyCaptcha (order 2)
└─ UserExistCheckHandler (tier 2, parentOrder=1)

执行顺序（层次遍历 BFS）：

  1. Tier 1: UserRegisterMobileCheck → UserRegisterVerifyCaptcha
  2. Tier 2: UserExistCheckHandler

优势

特性描述
高度解耦每条校验逻辑独立实现，不耦合注册方法
易扩展新增校验只需新增策略类并继承抽象基类，容器自动加载
复用性高相同策略可复用于不同业务场景，如注册、修改手机号、找回密码
统一管理抽象类和容器提供子节点管理、执行顺序和组合树结构，简化流程控制
高性能可以轻松组合布隆过滤器、Redis校验等高效判断逻辑，减少数据库查询

3️⃣ 布隆过滤器（Bloom Filter）

什么是布隆过滤器？

布隆过滤器是一种 高效判断元素是否存在的概率型数据结构：

  • 特点：

    • 可能误判存在（false positive）
    • 绝不会漏报不存在（no false negative）

示例：手机号存在判断

// 添加手机号到布隆过滤器
bloomFilterHandler.add(userMobile.getMobile());

// 检查手机号是否存在
if (bloomFilterHandler.exists(userRegisterDto.getMobile())) {
    throw new BusinessException("手机号已注册（布隆过滤器判断）");
}

在注册场景的作用

  • 用户注册后，将手机号加入布隆过滤器
  • 下次注册或验证手机号时，先通过布隆过滤器判断是否存在
  • 如果布隆判断不存在，则直接写库；如果判断存在，再去数据库二次确认
  • 减少数据库查询次数，提高性能

优势

特性描述
高性能内存中判断，避免频繁查询数据库
高并发适用快速判断重复元素，防止重复注册
节省资源使用位数组和哈希函数，内存消耗小

4️⃣ 总结

在用户注册功能中，结合 复合校验 + 布隆过滤器 可以有效解决：

  1. 业务校验复杂 → 复合校验解耦策略
  2. 重复注册风险 → 分布式锁 + 布隆过滤器
  3. 性能压力大 → 布隆过滤器减少数据库查询

通过这种设计，注册功能既保证了 安全性、正确性，也兼顾 高性能与高并发能力。

核心概念回顾

概念描述优势
复合校验（Composite Check）将多种校验策略组合成一个统一执行器高度解耦、易扩展、复用性高
布隆过滤器（Bloom Filter）高效判断元素是否存在的概率型数据结构减少数据库查询、高性能、高并发适用
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