智能插座系统 - IoT电力管理平台
基于 Spring Boot 3 和 Java 21 LTS 开发的 IoT 智能插座管理系统，覆盖电力设备接入、用电数据采集、远程控制、权限管控、告警计费全业务链路。
项目背景
智能插座系统是一款面向宿舍/办公场景的 IoT 电力管理平台，旨在实现智能用电管理、远程控制、告警通知、计费统计等功能。项目需要支持千级设备并发接入、实时数据采集、高并发数据处理，同时保证系统的安全性和稳定性。作为后端开发工程师，我负责从架构设计到核心功能实现的全流程开发工作。
技术架构
项目采用支持水平扩展的分层架构，后端基于 Spring Boot 3 和 Java 21 LTS，使用 Spring Security + JWT + RBAC 实现分布式无状态鉴权，MQTT 协议处理 IoT 设备通信，Redis 实现分布式令牌黑名单和多级缓存，RabbitMQ 处理异步消息削峰，PostgreSQL 持久化存储业务数据。
核心功能
IoT设备接入：支持千级电力设备并发接入与数据上报，基于 MQTT 协议
用电数据采集：实时采集设备用电数据，支持数据存储和统计分析
远程控制：支持设备远程开关、定时任务、用电策略配置
权限管控：分布式 JWT 无状态鉴权 + RBAC 细粒度权限模型
告警通知：设备异常告警、用电超限告警，支持多渠道通知
计费统计：用电账单自动生成，支持多种计费策略
统一限流：Guava 令牌桶单机兜底 + Redis+Lua 分布式滑动窗口限流
审计日志：基于 AOP 切面实现统一审计日志和全局异常治理
技术栈
工作职责
- 1
设计并实现支持水平扩展的分层架构，覆盖 IoT 全业务链路
- 2
落地分布式 JWT 无状态鉴权 + RBAC 细粒度权限模型
- 3
Redis 实现原子性 SETNX+EX 的分布式令牌黑名单
- 4
PBKDF2 加盐哈希加密 + 恒定时间比对防时序攻击
- 5
基于 AOP 切面实现统一限流、审计日志、全局异常治理
- 6
Redis 多级缓存优化数据层性能，接口响应耗时压缩至 50ms 以内
- 7
RabbitMQ 实现三大核心异步链路，系统吞吐提升 5 倍
- 8
Java 21 虚拟线程优化 IoT 高并发场景
技术难点与解决方案
IoT 高并发设备接入
落地 Java 21 虚拟线程优化 IoT 高并发场景，支撑千级设备并发接入与数据上报，大幅提升系统吞吐能力
分布式鉴权与权限控制
Redis 实现原子性 SETNX+EX 的分布式令牌黑名单，替代本地 Map 支持多实例部署；PBKDF2 加盐哈希加密 + 恒定时间比对防时序攻击
数据层性能优化
Redis 多级缓存（L1 本地 Caffeine + L2 分布式 Redis）缓存热点设备/用电数据；JPA 批量操作、联合索引优化、流式分页降低数据库 IO，接口平均响应耗时压缩至 50ms 以内
异步削峰填谷
RabbitMQ 实现设备遥测数据异步落库、告警消息异步推送、用电账单异步生成三大核心异步链路，削平 IoT 设备批量上报的流量峰值，系统吞吐提升 5 倍
统一限流与异常治理
基于 AOP 切面实现统一限流、审计日志、全局异常治理：Guava 令牌桶算法做单机兜底，Redis+Lua 脚本实现分布式滑动窗口限流，峰值 QPS 承载提升 300%
项目成果
支撑千级 IoT 设备并发接入与数据上报
接口平均响应耗时压缩至 50ms 以内
系统吞吐提升 5 倍，峰值 QPS 承载提升 300%
全国大学生物联网设计竞赛东部赛区一等奖（A类赛事）