需求緣起
Web-Server通常有個配置,最大工作線程數(shù),后端服務(wù)一般也有個配置,工作線程池的線程數(shù)量,這個線程數(shù)的配置不同的業(yè)務(wù)架構(gòu)師有不同的經(jīng)驗(yàn)值,有些業(yè)務(wù)設(shè)置為CPU核數(shù)的2倍,有些業(yè)務(wù)設(shè)置為CPU核數(shù)的8倍,有些業(yè)務(wù)設(shè)置為CPU核數(shù)的32倍。
“工作線程數(shù)”的設(shè)置依據(jù)是什么,到底設(shè)置為多少能夠最大化CPU性能,是本文要討論的問題。
一些共性認(rèn)知
在進(jìn)行進(jìn)一步深入討論之前,先以提問的方式就一些共性認(rèn)知達(dá)成一致。
1、提問:工作線程數(shù)是不是設(shè)置的越大越好?
回答:肯定不是的。
- 一來服務(wù)器CPU核數(shù)有限,同時并發(fā)的線程數(shù)是有限的,1核CPU設(shè)置10000個工作線程沒有意義。
- 線程切換是有開銷的,如果線程切換過于頻繁,反而會使性能降低。
2、提問:調(diào)用sleep()函數(shù)的時候,線程是否一直占用CPU?
回答:不占用,等待時會把CPU讓出來,給其他需要CPU資源的線程使用。
不止調(diào)用sleep()函數(shù),在進(jìn)行一些阻塞調(diào)用,例如網(wǎng)絡(luò)編程中的阻塞accept()【等待客戶端連接】和阻塞recv()【等待下游回包】也不占用CPU資源。
3、提問:如果CPU是單核,設(shè)置多線程有意義么,能提高并發(fā)性能么?
回答:即使是單核,使用多線程也是有意義的。
多線程編碼可以讓我們的服務(wù)/代碼更加清晰,有些IO線程收發(fā)包,有些Worker線程進(jìn)行任務(wù)處理,有些Timeout線程進(jìn)行超時檢測。
如果有一個任務(wù)一直占用CPU資源在進(jìn)行計(jì)算,那么此時增加線程并不能增加并發(fā),例如這樣的一個代碼:
while(1){ i++; }
該代碼一直不停的占用CPU資源進(jìn)行計(jì)算,會使CPU占用率達(dá)到100%。
通常來說,Worker線程一般不會一直占用CPU進(jìn)行計(jì)算,此時即使CPU是單核,增加Worker線程也能夠提高并發(fā),因?yàn)檫@個線程在休息的時候,其他的線程可以繼續(xù)工作。
常見服務(wù)線程模型
了解常見的服務(wù)線程模型,有助于理解服務(wù)并發(fā)的原理,一般來說互聯(lián)網(wǎng)常見的服務(wù)線程模型有如下兩種:
1. IO線程與工作線程通過隊(duì)列解耦類模型
如上圖,大部分Web-Server與服務(wù)框架都是使用這樣的一種 IO線程與Worker線程通過隊(duì)列解耦 類線程模型:
- 有少數(shù)幾個IO線程監(jiān)聽上游發(fā)過來的請求,并進(jìn)行收發(fā)包(生產(chǎn)者)
- 有一個或者多個任務(wù)隊(duì)列,作為IO線程與Worker線程異步解耦的數(shù)據(jù)傳輸通道(臨界資源)
- 有多個工作線程執(zhí)行正真的任務(wù)(消費(fèi)者)
這個線程模型應(yīng)用很廣,符合大部分場景,這個線程模型的特點(diǎn)是,工作線程內(nèi)部是同步阻塞執(zhí)行任務(wù)的(回想一下tomcat線程中是怎么執(zhí)行Java程序的,dubbo工作線程中是怎么執(zhí)行任務(wù)的),因此可以通過增加Worker線程數(shù)來增加并發(fā)能力,今天要討論的重點(diǎn)是:“該模型Worker線程數(shù)設(shè)置為多少能達(dá)到最大的并發(fā)”。
2. 純異步線程模型
任何地方都沒有阻塞,這種線程模型只需要設(shè)置很少的線程數(shù)就能夠做到很高的吞吐量,Lighttpd有一種單進(jìn)程單線程模式,并發(fā)處理能力很強(qiáng),就是使用的的這種模型。該模型的缺點(diǎn)是:
- 如果使用單線程模式,難以利用多CPU多核的優(yōu)勢
- 程序員更習(xí)慣寫同步代碼,callback的方式對代碼的可讀性有沖擊,對程序員的要求也更高
- 框架更復(fù)雜,往往需要server端收發(fā)組件,server端隊(duì)列,client端收發(fā)組件,client端隊(duì)列,上下文管理組件,有限狀態(tài)機(jī)組件,超時管理組件的支持
however,這個模型不是今天討論的重點(diǎn)。
工作線程的工作模式
了解工作線程的工作模式,對量化分析線程數(shù)的設(shè)置非常有幫助:
上圖是一個典型的工作線程的處理過程,從開始處理start到結(jié)束處理end,該任務(wù)的處理共有7個步驟:
- 從工作隊(duì)列里拿出任務(wù),進(jìn)行一些本地初始化計(jì)算,例如http協(xié)議分析、參數(shù)解析、參數(shù)校驗(yàn)等
- 訪問cache拿一些數(shù)據(jù)
- 拿到cache里的數(shù)據(jù)后,再進(jìn)行一些本地計(jì)算,這些計(jì)算和業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)
- 通過RPC調(diào)用下游service再拿一些數(shù)據(jù),或者讓下游service去處理一些相關(guān)的任務(wù)
- RPC調(diào)用結(jié)束后,再進(jìn)行一些本地計(jì)算,怎么計(jì)算和業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)
- 訪問DB進(jìn)行一些數(shù)據(jù)操作
- 操作完數(shù)據(jù)庫之后做一些收尾工作,同樣這些收尾工作也是本地計(jì)算,和業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)
分析整個處理的時間軸,會發(fā)現(xiàn):
1)其中1,3,5,7步驟中【上圖中粉色時間軸】,線程進(jìn)行本地業(yè)務(wù)邏輯計(jì)算時需要占用CPU。
2)而2,4,6步驟中【上圖中橙色時間軸】,訪問cache、service、DB過程中線程處于一個等待結(jié)果的狀態(tài),不需要占用CPU。
進(jìn)一步的分解,這個“等待結(jié)果”的時間共分為三部分:
- 請求在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)较掠蔚腸ache、service、DB。
- 下游cache、service、DB進(jìn)行任務(wù)處理。
- cache、service、DB將報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上傳回工作線程。
量化分析并合理設(shè)置工作線程數(shù)
最后一起來回答工作線程數(shù)設(shè)置為多少合理的問題。
通過上面的分析,Worker線程在執(zhí)行的過程中,有一部計(jì)算時間需要占用CPU,另一部分等待時間不需要占用CPU,通過量化分析,例如打日志進(jìn)行統(tǒng)計(jì),可以統(tǒng)計(jì)出整個Worker線程執(zhí)行過程中這兩部分時間的比例,例如:
- 時間軸1,3,5,7【上圖中粉色時間軸】的計(jì)算執(zhí)行時間是100ms 。
- 時間軸2,4,6【上圖中橙色時間軸】的等待時間也是100ms 。
得到的結(jié)果是,這個線程計(jì)算和等待的時間是1:1,即有50%的時間在計(jì)算(占用CPU),50%的時間在等待(不占用CPU):
- 假設(shè)此時是單核,則設(shè)置為2個工作線程就可以把CPU充分利用起來,讓CPU跑到100% 。
- 假設(shè)此時是N核,則設(shè)置為2N個工作線程就可以把CPU充分利用起來,讓CPU跑到N*100%。
結(jié)論
N核服務(wù)器,通過執(zhí)行業(yè)務(wù)的單線程分析出本地計(jì)算時間為x,等待時間為y,則工作線程數(shù)(線程池線程數(shù))設(shè)置為 N*(x+y)/x
,能讓CPU的利用率最大化。
經(jīng)驗(yàn)
一般來說,非CPU密集型的業(yè)務(wù)(加解密、壓縮解壓縮、搜索排序等業(yè)務(wù)是CPU密集型的業(yè)務(wù)),瓶頸都在后端數(shù)據(jù)庫,本地CPU計(jì)算的時間很少,所以設(shè)置幾十或者幾百個工作線程也都是可能的。
以上就是Java中應(yīng)該設(shè)置多少個線程才算合理的詳細(xì)內(nèi)容,想要了解更多關(guān)于Java線程數(shù)的資料,請關(guān)注W3Cschool其它相關(guān)文章!也希望大家以后能夠多多支持!