支持JDK19虛擬線程的web框架，之一：體驗

来源:https://www.cnblogs.com/bolingcavalry/archive/2023/09/13/17689796.html
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隨著JDK19的發佈，虛擬線程也逐漸被大家瞭解和使用，然而，主流java框架是否支持虛擬線程這一特性呢？咱們應用開發者如何通過框架使用虛擬線程特性？經過精心準備，欣宸原創在第一時間為您帶來詳細的實戰系列，與您共同學習 ...


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這裡分類和彙總了欣宸的全部原創(含配套源碼)：https://github.com/zq2599/blog_demos

關於虛擬線程

  • 隨著JDK19 GA版本的發佈，虛擬線程（來自Project Loom）這一特性也閃亮登場，虛擬線程是 JDK 而並非OS 實現的輕量級線程(Lightweight Process，LWP），許多虛擬線程共用同一操作系統線程，虛擬線程的數量可以遠大於操作系統線程的數量（可以參考golang的協程）
  • 虛擬線程方面的文章，如今已經有很多優秀博主寫得非常詳細深入，欣宸就不在這方面獻醜了，而是將重點放在虛擬線程的實用性方面，用實戰與大家一同學習：如何讓虛擬線程在web服務中發揮作用，效果究竟如何？

關於支持虛擬線程的框架

  • Quarkus的web模塊已經支持JDK19的虛擬線程了，收到web請求後，可以交給虛擬線程去處理，本身開發的工作量也不大，文章標題《支持JDK19虛擬線程的web框架》指的就是Quarkus框架，也是整個系列所用到的框架
  • 關於Quarkus，這是個強大的java框架，介紹Quarkus並非本文重點，有興趣的讀者可以關註欣宸的《quarkus實戰》系列原創

本篇概覽

  • Quarkus框架已支持使用虛擬線程處理web請求，欣宸原創的《支持JDK19虛擬線程的web框架》系列會陪伴大家，全程以實戰動手為主，從快速體驗，再到實際編碼，以及部署構建都有詳細說明，確保讀者們既有成就感，又能學點小技能，在虛擬線程最火爆的時候搶先一步嘗鮮，窺探未來技術的一角
  • 整個系列一共四篇文章，分別是《極速體驗》、《細說開發》、《深入瞭解》(兩篇)，本篇是系列的開篇，主要內容是：不寫代碼，通過複製粘貼輕鬆完成最初的體驗，把編碼和設置這些繁重的工作留在後面的文章
  • 接下來說說本篇的主要內容：
  1. 整個體驗環境，由quarkus應用和資料庫組成，當我們向quarkus應用發起請求的時候，應用會去查詢數據再將數據返回給前端
  2. quarkus應用提供了兩個介面，第一個名為/vt/persons，使用虛擬線程來處理web請求，第二個名為/pool/persons，使用傳統線程池來處理web請求，整體上如下圖所示
image-20221016123754303
  1. 由於quarkus對於響應式編程的支持比較完善，因此，quarkus應用中的web處理為響應式，並且資料庫驅動也是響應式
  2. 上述基本功能調通後，我們就用壓測工具來模擬併發訪問，看看使用了虛擬線程的web服務性能究竟如何
  3. 再部署一個同樣功能的SpringBoot應用，也做同樣的壓測，提供參考數據用於對比
  4. 最後畫個圖說明接下來具體要做的事
image-20221016182919235

環境信息

  • 以下是本次實戰的具體環境信息，給您作為參考
  1. 運行環境：一共用到了三臺電腦，信息分別如下

image-20221016183707688

  1. 上述三臺電腦都用到了docker，按照官方文檔部署最新版即可，我這裡是20.10.19版本
  2. postgresql是用docker部署的，版本是15
  3. quarkus版本為2.13.2.Final，使用的JDK是19
  4. springboot版本為2.7.4，用到的JDK是11
  5. 壓測工具k6為docker版，版本號v0.40.0
  • 省吃儉用攢了這麼多電腦來搞事情，主要是想得到的壓測結果儘量客觀獨立，不受太多干擾
  • 接下來，開始動手吧

部署資料庫

  • 首先是安裝資料庫，確保宿主機上的docker已經部署好
  • 部署資料庫很簡單，一行命令即可，如下所示，除了服務，還新建了資料庫，並且設置了賬號和密碼
sudo docker run \
--name postgres \
-p 5432:5432 \
-e POSTGRES_DB=quarkus_test \
-e POSTGRES_USER=quarkus \
-e POSTGRES_PASSWORD=123456 \
-d \
postgres:15

建表，添加數據

  • 用資料庫工具連接資料庫（我這裡用的是IDEA的資料庫工具），執行以下命令，會新建一個表，並導入6條記錄
create table person (
  id serial primary key,
  name varchar(255),
  gender varchar(255),
  age int,
  external_id int
);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('John Smith', 25, 'MALE', 10);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('Paul Walker', 65, 'MALE', 20);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('Lewis Hamilton', 35, 'MALE', 30);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('Veronica Jones', 20, 'FEMALE', 40);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('Anne Brown', 60, 'FEMALE', 50);
insert into person(name, age, gender, external_id) values('Felicia Scott', 45, 'FEMALE', 60);

部署quarkus應用

  • 登錄用於部署quarkus應用的伺服器，確保伺服器上已經成功部署了docker
  • 新建名為application.properties的配置文件，內容是資料庫相關的參數，如下所示
quarkus.datasource.db-kind=postgresql
quarkus.datasource.username=quarkus
quarkus.datasource.password=123456
quarkus.datasource.reactive.url=postgresql://192.168.0.99:5432/quarkus_test

  • 我這裡，application.properties的路徑是：/home/lighthouse/config/quarkus/application.properties

  • 檢查application.properties文件的可讀性，執行以下命令設置

sudo chmod a+r application.properties
  • 執行以下命令即可部署和啟動quarkus應用，註意application.properties文件的位置要換成您自己的配置文件路徑
docker run -idt \
--name quarkus \
-p 8080:8080 \
-v /home/lighthouse/config/quarkus/application.properties:/application/config/application.properties \
bolingcavalry/quarkus-virual-threads-demo:x64-0.0.3

  • 上述命令中，quarkus應用的鏡像bolingcavalry/quarkus-virual-threads-demo:x64-0.0.3是我提前準備好的，本篇只管使用即可，至於如何製作此鏡像，接下來的文章會有詳細說明

  • 用sudo docker logs quarkus命令查看啟動日誌，如果啟動成功，信息如下所示

__  ____  __  _____   ___  __ ____  ______ 
 --/ __ \/ / / / _ | / _ \/ //_/ / / / __/ 
 -/ /_/ / /_/ / __ |/ , _/ ,< / /_/ /\ \   
--\___\_\____/_/ |_/_/|_/_/|_|\____/___/   
2022-10-16 11:46:41,406 INFO  [io.quarkus] (main) quarkus-virual-threads-demo 1.0-SNAPSHOT on JVM (powered by Quarkus 2.13.2.Final) started in 0.804s. Listening on: http://0.0.0.0:8080
2022-10-16 11:46:41,414 INFO  [io.quarkus] (main) Profile prod activated. 
2022-10-16 11:46:41,414 INFO  [io.quarkus] (main) Installed features: [cdi, reactive-pg-client, resteasy-reactive, resteasy-reactive-jackson, smallrye-context-propagation, vertx]

驗證基本功能

  • 假設quarkus所在宿主機的IP地址是192.168.0.1，那麼在瀏覽器上訪問地址http://192.168.0.1:8080/vt/persons/1，如下圖，應用成功從資料庫取得數據，並且將當前線程信息也返回給瀏覽器

image-20221016195054009

  • 作為對比，該伺服器上還有個使用虛擬線程的常規web服務，地址是：http://192.168.0.1:8080/pool/persons/1，如下圖，該介面也能從資料庫取得數據，並且將當前線程信息也返回給瀏覽器，註意兩個介面線程信息的差異

image-20221016195523863

  • 對於虛擬線程的介面http://192.168.0.1:8080/vt/persons/1，可以嘗試多次訪問，可見每次返回的虛擬線程Id都不一樣，而使用線程池的介面http://192.168.0.1:8080/pool/persons/1，多次訪問，返回的始終是同一個線程的id

  • 基本功能似乎沒有問題，接下來可以壓測了，用數據說話

壓測使用虛擬線程的介面

  • 這次使用的壓測工具名為k6，選它的原因只有兩個字：簡單
  • 在執行壓測的電腦上，確保docker可以正常使用
  • 新建名為k6-vt-docker.js的文件，內容如下，可見非常簡單，發請求再校驗響應，只要返回碼是200，並且body大小大於0就算一次成功，要註意的事兩個參數，其中vus是併發數，duration是測試持續時間，可見這裡設置的是模擬30用戶併發請求，持續時間是60秒
import http from 'k6/http';
import { sleep, check } from 'k6';

export let options = {
  vus: 30,
  duration: '60s',
};

export default function () {
  let r = Math.floor(Math.random() * 6) + 1;
  const res = http.get(`http://192.168.0.1:8080/vt/persons/${r}`);
  check(res, {
    'is status 200': (res) => res.status === 200,
    'body size is > 0': (r) => r.body.length > 0,
  });
  sleep(1);
}
  • 一行命令即可開始壓測，如下
 docker run --rm -i loadimpact/k6 run - < k6-vt-docker.js
  • 等待一分鐘，壓測完成，得到以下數據

image-20221016201343176

  • 這裡將幾個重要參數介紹一下
  1. checks : 通過率，如果滿足返回碼200且包體大小大於0的條件，就表示本次請求成功，這裡顯示100.00%，表示全部通過
  2. http_req_waiting：等待響應的事件，這裡avg=33.83ms，表示平均等待時間為33.83毫秒
  3. http_reqs：每秒處理請求數，即常說的QPS，這裡是28個每秒
  • 接下來將併發數調整為300（即vue參數），如下圖
image-20221016201904998

  • 再次壓測，得到結果如下，併發數漲了10倍，QPS也漲了10倍，很完美的線程提升，不過平均等待時間略漲
    image-20221016202227598

  • 再來個狠的，併發數一口暴漲到5000試試，如下圖，這麼高的併發，已經無法保障100%的成功率了，好在95%也不低，另外平均等待時間從39毫秒暴漲到6.26秒，至於QPS當然不會太高，僅比300併發的時候高了百分之五十image-20221016202751348

壓測使用線程池的介面

  • 操作步驟和剛纔差不多，只是要修改腳本中的介面地址，如下所示
import http from 'k6/http';
import { sleep, check } from 'k6';

export let options = {
  vus: 30,
  duration: '60s',
};

export default function () {
  let r = Math.floor(Math.random() * 6) + 1;
  const res = http.get(`http://192.168.0.1:8080/pool/persons/${r}`);
  check(res, {
    'is status 200': (res) => res.status === 200,
    'body size is > 0': (r) => r.body.length > 0,
  });
  sleep(1);
}

  • 30併發的壓測結果如下，和使用虛擬線程並無區別
    image-20221016203908998

  • 300併發壓測結果如下，和使用虛擬線程並無區別

image-20221016204237577

  • 5000併發壓測結果如下，和虛擬線程相比，平均等待時間略長，QPS略低，但是整體上差別不大

image-20221016204550432

小結

  • 在響應式web服務中，並且關聯的資料庫操作也是響應式的，相比傳統的線程池模型，虛擬線程並未帶來明顯收益

  • 不甘心啊，接下來就換成SpringBoot應用，模擬咱們日常開發最常見的資料庫訪問場景，看看相比之下，差距有多大？

停止quarkus應用

  • 由於打算將SpringBoot應用部署在quarkus應用所在電腦上，所以要先停掉quarkus應用，執行以下命令
sudo docker stop quarkus

啟動SpringBoot應用

  • 新建名為application.properties的配置文件，內容是資料庫相關的參數，如下所示
spring.datasource.url=jdbc:postgresql://42.193.162.141:5432/quarkus_test
spring.datasource.username=quarkus
spring.datasource.password=123456
spring.datasource.driver-class-name=org.postgresql.Driver

spring.jpa.properties.hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.PostgreSQLDialect
spring.jpa.properties.hibernate.hbm2ddl.auto=update
spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=256

  • 我這裡，application.properties的路徑是：/home/lighthouse/config/springboot/application.properties

  • 檢查application.properties文件的可讀性，執行以下命令設置

sudo chmod a+r application.properties
  • 執行以下命令即可部署和啟動springboot應用，註意application.properties文件的位置要換成您自己的配置文件路徑
docker run -idt \
--name springboot \
-p 8080:8080 \
-v /home/lighthouse/config/springboot/application.properties:/application/BOOT-INF/classes/application.properties \
bolingcavalry/springboot-postgresql-demo:x64-0.0.3

  • 上述命令中，springboot應用的鏡像bolingcavalry/springboot-postgresql-demo:x64-0.0.3是我提前準備好的，本篇只管使用即可，至於如何製作此鏡像，接下來的文章會有詳細說明

  • 看到以下日誌，證明應用啟動成功


  .   ____          _            __ _ _
 /\\ / ___'_ __ _ _(_)_ __  __ _ \ \ \ \
( ( )\___ | '_ | '_| | '_ \/ _` | \ \ \ \
 \\/  ___)| |_)| | | | | || (_| |  ) ) ) )
  '  |____| .__|_| |_|_| |_\__, | / / / /
 =========|_|==============|___/=/_/_/_/
 :: Spring Boot ::                (v2.7.4)

2022-10-16 13:01:01.022  INFO 1 --- [           main] .b.s.SpringbootPostgresqlDemoApplication : Starting SpringbootPostgresqlDemoApplication v0.0.1-SNAPSHOT using Java 11.0.13 on 5c25db81639e with PID 1 (/application/BOOT-INF/classes started by root in /application)
2022-10-16 13:01:01.025  INFO 1 --- [           main] .b.s.SpringbootPostgresqlDemoApplication : No active profile set, falling back to 1 default profile: "default"
2022-10-16 13:01:01.795  INFO 1 --- [           main] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Bootstrapping Spring Data JPA repositories in DEFAULT mode.
2022-10-16 13:01:01.857  INFO 1 --- [           main] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Finished Spring Data repository scanning in 47 ms. Found 1 JPA repository interfaces.
2022-10-16 13:01:02.392  INFO 1 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat initialized with port(s): 8080 (http)
2022-10-16 13:01:02.405  INFO 1 --- [           main] o.apache.catalina.core.StandardService   : Starting service [Tomcat]
2022-10-16 13:01:02.405  INFO 1 --- [           main] org.apache.catalina.core.StandardEngine  : Starting Servlet engine: [Apache Tomcat/9.0.65]
2022-10-16 13:01:02.492  INFO 1 --- [           main] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/]       : Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2022-10-16 13:01:02.492  INFO 1 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 1364 ms
2022-10-16 13:01:02.701  INFO 1 --- [           main] o.hibernate.jpa.internal.util.LogHelper  : HHH000204: Processing PersistenceUnitInfo [name: default]
2022-10-16 13:01:02.741  INFO 1 --- [           main] org.hibernate.Version                    : HHH000412: Hibernate ORM core version 5.6.11.Final
2022-10-16 13:01:02.867  INFO 1 --- [           main] o.hibernate.annotations.common.Version   : HCANN000001: Hibernate Commons Annotations {5.1.2.Final}
2022-10-16 13:01:02.942  INFO 1 --- [           main] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource       : HikariPool-1 - Starting...
2022-10-16 13:01:03.164  INFO 1 --- [           main] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource       : HikariPool-1 - Start completed.
2022-10-16 13:01:03.179  INFO 1 --- [           main] org.hibernate.dialect.Dialect            : HHH000400: Using dialect: org.hibernate.dialect.PostgreSQLDialect
2022-10-16 13:01:03.688  INFO 1 --- [           main] o.h.e.t.j.p.i.JtaPlatformInitiator       : HHH000490: Using JtaPlatform implementation: [org.hibernate.engine.transaction.jta.platform.internal.NoJtaPlatform]
2022-10-16 13:01:03.695  INFO 1 --- [           main] j.LocalContainerEntityManagerFactoryBean : Initialized JPA EntityManagerFactory for persistence unit 'default'

image-20221016210323753

壓測SpringBoot應用

  • 壓測SpringBoot應用的k6腳本如下
import http from 'k6/http';
import { sleep, check } from 'k6';

export let options = {
  vus: 30,
  duration: '60s',
};

export default function () {
  let r = Math.floor(Math.random() * 6) + 1;
  const res = http.get(`http://192.168.0.1:8080/springboot/persons/${r}`);
  check(res, {
    'is status 200': (res) => res.status === 200,
    'body size is > 0': (r) => r.body.length > 0,
  });
  sleep(1);
}
  • 30併發壓測結果如下，這麼整齊，和quarkus的基本一致

image-20221016211101018

  • 300併發壓測結果如下，幾個關鍵指標依舊和quarkus保持對齊，這讓我覺得很索然無味

image-20221016211351254

  • 5000併發，終於有了點差距，但也不明顯，成功率91%，低於quarkus的95%，相比quarkus，SpringBoot的平均等待時間略高，QPS略低

image-20221016215029375

  • 至此，咱們通過實際對比的方式，已體驗過quarkus使用虛擬線程的web服務，同在quarkus框架中，虛擬線程帶來的提升並不明顯，在對比未做優化的SpringBoot應用時，也沒有在吞吐量方面帶來提升，但這一切都不能立即下定論，也許是欣宸的用法有嚴重問題...如果真有問題，聰明的您，在下一篇文章《編碼實戰》中一定會發現，如果真有問題，不要可憐我，懟我，讓我懺悔...
  • 接下來的文章，咱們一起深入編程實戰，使用JDK19後，對JDK、maven、IDE、編譯構建、製作docker鏡像等方方面面相比以前都有變化，這些都會在文中逐一處理，咱們一起開發出使用虛擬線程的quarkus應

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    前言 資料庫併發，數據審計和軟刪除一直是數據持久化方面的經典問題。早些時候，這些工作需要手寫複雜的SQL或者通過存儲過程和觸發器實現。手寫複雜SQL對軟體可維護性構成了相當大的挑戰，隨著SQL字數的變多，用到的嵌套和複雜語法增加，可讀性和可維護性的難度是幾何級暴漲。因此如何在實現功能的同時控制這些S ...
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