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  • 并发同步还是异步好? 背景 最近616大促,公司的服务需要进行压力测试,使用了公司自己的压测平台。对生产机器进行了摘流量压测。由于服务都查询的接口,也算是很好压测的。这篇文章大概描述压测过程过程,...

    高并发用同步好还是异步好?

    背景

    最近616大促,公司的服务需要进行压力测试,使用了公司自己的压测平台。对生产机器进行了摘流量压测。由于服务都是查询的接口,也算是很好压测的。这篇文章大概描述压测过程过程,主要是压测出的问题的解决以及对ForkJoinPool学习和了解。
    (标题党???????)

    为什么要进行压测

    1. 电商促销 ,这个肯定要对现有服务的流量预估,峰值可以抗到多少QPS 。是否需要在促销前加机器,是否需要加机器内存等。
    2. 是否当有高并发的时候会有明显的性能bug问题,在促销前进行性能优化,不在物理层面优化 ,在软件(代码)层面优化的空间

    如何进行压测

    1. 因为是公司内存的压测平台,相对还是比较自动化的
    2. 大概描述一下压测的流程:
    • 选定压测接口
    • 抓取线上流量。(随机抓取)
    • 选择压力机器,选择目标机器
    • 创建测试任务
    1. 摘目标压测机器的线上流量,不能影响线上的用户(很重要 )
    2. 参数设定,根据以往机器是的性能表现,设置开始并发量,以及并发持续的时间,和增长速度。

    压测结果(这里的QPS数值是非真实的数值)

    • 单台机器峰值QPS在3W左右,cpu使用率是75左右。出现大量的超时(其实QP1000,10%的逐渐增加)
    • 二次结果:初始值给3000QPS直接给爆掉了。线程被用尽,触发了框架中的ThreadDump
    • [] [INFO] [ThreadDumpThread-0] [ThreadDumpper] >>> [666-INFO] msg= “Osp-Common-Business-Thread2” Id=2wqw302 WAITING at sun.misc.Unsafe.park(Native Method) at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175) at java.util.concurrent.CompletableFuture$Signaller.block(CompletableFuture.java:1693) at java.util.concurrent.ForkJoinPool.managedBlock(ForkJoinPool.java:3323) at java.util.concurrent.CompletableFuture.waitingGet(CompletableFuture.java:1729) at java.util.concurrent.CompletableFuture.get(CompletableFuture.java:1895) at com.vip.sc.ai.ap.cache.local.CaffeineCacheService.getSync(CaffeineCacheService.java:148) at

    结果分析

    1. 首先是符合我们的压测目标
    2. 但是出现了QPS突然猛增,出现机器线程被打爆的情况.

    问题排查

    • 由于框架内部会直接触发打出了线程栈信息,所以很快就排查出来了

    • 其中有出现park自旋。用于挂起当前线程,如果许可可用,会立马返回,并消费掉许可。(ok那也就是有很多线程多挂起了,导致整个项目线程耗尽)

    • 由于我们使用了CaffeineCache中的异步获取内存中的数据,而这个数据使用的是ComplatableFuture来实现异步的。并且在我们使用的异步的时候没有指定适合我们并发场景的线程池。
      在这里插入图片描述

    • 其实这也就引出了另一个问题那就是使用CompletableFuture异步的实现,还有在CaffeineCache中的使用,从上面的源码来看,我们的在传进来的Function并没有指定对应的线程池,所以就选用了默认线程池,是什么线程池呢,ForkJoinPool( @author Doug Lea)

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    • 那我们就得看看这个线程池是如何工作的呢? 和我们平时使用的线程池的区别在哪里呢? 尤其是commonPool
    /**
    * 返回公共池实例。这个池是静态构建的;它的运行状态不受尝试 {@link shutdown} 或 {@link shutdownNow} 的
    * 影响。但是,此池和任何正在进行的处理都会在程序 {@link Systemexit} 后自动终止。
    * 任何依赖异步任务处理在程序终
    * 止之前完成的程序都应该在退出之前调用 {@code commonPool().}
    *{@link awaitQuiescence awaitQuiescence}。 @return 公共池实例 @since 1.8
    */
    
    public static ForkJoinPool commonPool() {
        // assert common != null : "static init error";
        return common;
    }
    
    • 官方文档:
    1. ForkJoinPool与其他类型的ExecutorService主要区别在于采用 工作窃取:池中的所有线程都尝试查找并执行提交给池和/或由其他活动任务创建的任务(如果不存在,则最终阻塞等待工作)。当大多数任务产生其他子任务时(大多数ForkJoinTasks 也是如此),以及当许多小任务从外部客户端提交到池时,这可以实现高效处理。尤其是在构造函数中将 asyncMode设置为 true 时,ForkJoinPools 也可能适用于从未加入的事件样式任务。

    2. 静态commonPool()是可用的并且适用于大多数应用程序。公共池由未明确提交到指定池的任何 ForkJoinTask 使用。使用公共池通常会减少资源使用(其线程在不使用期间缓慢回收,并在后续使用时恢复)。

    3. 默认线程池的使用

      /**
       * Creates and returns the common pool, respecting user settings
       * specified via system properties.
       */
      private static ForkJoinPool makeCommonPool() {
      
          final ForkJoinWorkerThreadFactory commonPoolForkJoinWorkerThreadFactory =
                  new CommonPoolForkJoinWorkerThreadFactory();
          int parallelism = -1;
          ForkJoinWorkerThreadFactory factory = null;
          UncaughtExceptionHandler handler = null;
          try {  // ignore exceptions in accessing/parsing properties
              String pp = System.getProperty
                  ("java.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism");
              String fp = System.getProperty
                  ("java.util.concurrent.ForkJoinPool.common.threadFactory");
              String hp = System.getProperty
                  ("java.util.concurrent.ForkJoinPool.common.exceptionHandler");
              if (pp != null)
                  parallelism = Integer.parseInt(pp);
              if (fp != null)
                  factory = ((ForkJoinWorkerThreadFactory)ClassLoader.
                             getSystemClassLoader().loadClass(fp).newInstance());
              if (hp != null)
                  handler = ((UncaughtExceptionHandler)ClassLoader.
                             getSystemClassLoader().loadClass(hp).newInstance());
          } catch (Exception ignore) {
          }
          if (factory == null) {
              if (System.getSecurityManager() == null)
                  factory = commonPoolForkJoinWorkerThreadFactory;
              else // use security-managed default
                  factory = new InnocuousForkJoinWorkerThreadFactory();
          }
          if (parallelism < 0 && // default 1 less than #cores
              (parallelism = Runtime.getRuntime().availableProcessors() - 1) <= 0)
              parallelism = 1;
          if (parallelism > MAX_CAP)
              parallelism = MAX_CAP;
          return new ForkJoinPool(parallelism, factory, handler, LIFO_QUEUE,
                                  "ForkJoinPool.commonPool-worker-");
      }
      
    • 这是上面参数设置对应的构造函数
    /**
     * Creates a {@code ForkJoinPool} with the given parameters, without
     * any security checks or parameter validation.  Invoked directly by
     * makeCommonPool.
     */
    private ForkJoinPool(int parallelism,
                         ForkJoinWorkerThreadFactory factory,
                         UncaughtExceptionHandler handler,
                         int mode,
                         String workerNamePrefix) {
        this.workerNamePrefix = workerNamePrefix;
        this.factory = factory;
        this.ueh = handler;
        this.config = (parallelism & SMASK) | mode;
        long np = (long)(-parallelism); // offset ctl counts
        this.ctl = ((np << AC_SHIFT) & AC_MASK) | ((np << TC_SHIFT) & TC_MASK);
    }
    
    • 参数解读
    1. parallelism:并行度( the parallelism level),默认情况下跟我们机器的cpu个数保持一致,使用 Runtime.getRuntime().availableProcessors()可以得到我们机器运行时可用的CPU个数

    2. factory:创建新线程的工厂( the factory for creating new threads)。默认情况下使用ForkJoinWorkerThreadFactory defaultForkJoinWorkerThreadFactory。

    3. handler:线程异常情况下的处理器,该处理器在线程执行任务时由于某些无法预料到的错误而导致任务线程中断时进行一些处理,默认情况为null。

    4. asyncMode:这个参数要注意,在ForkJoinPool中,每一个工作线程都有一个独立的任务队列,asyncMode表示工作线程内的任务队列是采用何种方式进行调度,可以是先进先出FIFO,也可以是后进先出LIFO。如果为true,则线程池中的工作线程则使用先进先出方式进行任务调度,默认情况下是false。

    ForkJoinPool 有一个 Async Mode ,效果是工作线程在处理本地任务时也使用 FIFO 顺序**。这种模式下的 ForkJoinPool 更接近于是一个消息队列,而不是用来处理递归式的任务。**(无边界队列)

    1. 看了上面这么多的参数解读,我们并没有看到他有像我们常使用的线程池中的拒绝策略,还有最大线程数,这些指标。他就只是有一个并发度,也就是创建的最大线程数和核心线程数是相等的,那他是如何耗尽应用的线程的呢??

    2. 首先我们发起的异步调用,没有问题,这个时候主线程会直接个get ,这个就有问题了呀。因为主线get不到拿不到结果,核心线程也就那几个,很多都进入和ForkJoinPool的无界队列,主线程直接通过park自旋挂起了,当还有流量继续进来的时候,也是异步发起获取内存中的数据,但是之前还有任务没有执行完继续等,这玩意就GG了。直接打爆了。太刺激了!!

    最终解决方案

    1. 简单粗暴: 异步改同步。这也就契合我们文章的主题了。高并发我们到底用同步还是异步呀。乱了,有点乱了。稳住,我们慢慢思考分析。同步一条路走下去,因为我们大都是内存操作,所以整个流程都很快。再结合上面出问题的地方是首先用了异步(起线程池,)再着对主线立马进行get获取这就是致命的地方。获取的时候会通过线程挂起等待的。所以没有必要使用再起线程池,最终还是会阻塞等待异步结果的。
    2. 设置线程池,想了想这玩意还真没办法搞,真的就没必要搞,因为主线程会阻塞等待获取结果的。
    3. 高并发使用异步还是同步,这个真的需要具体问题具体对待了。高并发场景下起线程的异步千万不敢乱用

    参考

    https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/ForkJoinPool.html#commonPool–
    https://juejin.cn/post/6844903729380982797
    https://www.cnblogs.com/minikobe/p/11930282.html

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  • 几个操作系统的概念 进程: 运行中的程序就是一个程序。 需要占用资源,需要操作系统调度。...微观上:多个程序轮流在一个CPU上执行,本质上还是串行。 并行 多个程序同时指向,并且同时在多个CPU上执行(多程...

    几个操作系统的概念

    进程:

    1. 运行中的程序就是一个程序。
    2. 需要占用资源,需要操作系统调度。
    3. 每个进程都有一个进程id,能够唯一标识一个程序。
    4. 是计算机中最小的资源分配单位。

    并发

    1. 多个程序同时执行,只有一个cpu,多个程序轮流在一个CPU上执行。
    2. 宏观上:多个程序在同时执行。
    3. 微观上:多个程序轮流在一个CPU上执行,本质上还是串行。

    并行

    1. 多个程序同时指向,并且同时在多个CPU上执行(多程序,多CPU)。

    同步

    1. 在做A事的时候发起B事件,必须等待B事件结束后才能继续做A事。

    异步

    1. 在做A事的时候发起B事件,不需要等待B事件结束,就可以继续A事件

    阻塞

    1. 如果CPU不工作(有I/O操作的时候)。

    非阻塞

    1. CPU在工作。

    线程

    1. 线程是存在进程中的一个单位,是具体操作指令的,不能脱离进程存在,存取是由进程负责的。
    2. 线程是计算机中能被CPU调度的最小单位。
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  • 本文只是摘录自原文 1、并发和并行的区别 可由上图形象指出两者的区别: ...并行:在操作系统中,一组程序按独立异步的速度执行,无论从微观还是宏观,程序都一起执行的。 来个比喻:并发和并行的

    请参见原文:https://blog.csdn.net/woliuyunyicai/article/details/45165869

    本文只是摘录自原文

    1、并发和并行的区别

    可由上图形象指出两者的区别:

    1)定义:

    并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行,但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

    并行:在操作系统中,一组程序按独立异步的速度执行,无论从微观还是宏观,程序都是一起执行的。

    来个比喻:并发和并行的区别就是一个人同时吃三个馒头和三个人同时吃三个馒头;

    在单CPU系统中,系统调度在某一时刻只能让一个线程运行,虽然这种调试机制有多种形式(大多数是时间片轮巡为主),但无论如何,要通过不断切换需要运行的线程让其运行的方式就叫并发(concurrent)。而在多CPU系统中,可以让两个以上的线程同时运行,这种可以同时让两个以上线程同时运行的方式叫做并行(parallel)。 

    2)并发通常指提高运行在单处理器上的程序的性能;

    并发是有状态的,“具有可论证的确定性,但是实际上具有不可确定性”;

    "并发"在微观上不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行,从宏观外来看,好像是这些进程都在执行。

    使用多个线程可以帮助我们在单个处理系统中实现更高的吞吐量,如果一个程序是单线程的,这个处理器在等待一个同步I/O操作完成的时候,他仍然是空闲的。在多线程系统中,当一个线程等待I/O的同时,其他的线程也可以执行。

     

     

    二、异步与多线程

    1)基本概念

        1. 并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥
        2. 互斥:进程间相互排斥的使用临界资源的现象,就叫互斥。
        3. 同步:进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系,而是相互依赖的关系。进一步的说明:就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入,当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。具有同步关系的一组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
        其中并发又有伪并发和真并发,伪并发是指单核处理器的并发,真并发是指多核处理器的并发。
        4. 并行:在单处理器中多道程序设计系统中,进程被交替执行,表现出一种并发的外部特种;在多处理器系统中,进程不仅可以交替执行,而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知,并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件,具有并发的含义,但并发不一定并行,也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

        5. 多线程:多线程是程序设计的逻辑层概念,它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

        6. 异步:异步和同步是相对的,同步就是顺序执行,执行完一个再执行下一个,需要等待、协调运行。异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事,不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成,从而可以让主线程干其它的事情。


        异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

        异步和同步的区别,  在io等待的时候,同步不会切走,浪费了时间。

        多线程的好处,比较容易的实现了 异步切换的思想, 因为异步的程序很难写的。多线程本身程还是以同步完成,但是应该说比效率是比不上异步的。 而且多线很容易写, 相对效率也高。

    2)深层次理解

     

    多线程和异步操作的异同

      多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是,多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。

    异步操作的本质

      所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,所以为了更好的理解异步操作的本质,我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生,硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标,其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直接内存访问的意思,也就是说,拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令,硬件就开始自己和内存交换数据,在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS这样的单进程(而且无线程概念)系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

    线程的本质
      线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

    异步操作的优缺点

      因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些初入,而且难以调试。

    多线程的优缺点
      多线程的优点很明显,线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

    适用范围

      在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后,我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为:当需要执行I/O操作时,使用异步操作比使用线程+同步I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写,还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨进程的调用。
      而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合,例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯,所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅,如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。

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    并行:在操作系统中,一组程序按独立异步的速度执行,无论从微观还是宏观,程序都是一起执行的。
    异步:异步和同步是相对的,同步就是顺序执行,执行完一个再执行下一个,需要等待、协调运行。异步就是彼此独立在等待某事件的过程中继续做自己的事,不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成,从而可以让主线程干其它的事情。

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    千次阅读 2018-03-16 21:19:57
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并发是同步还是异步