如何合理地估算線程池大小?(轉載)

来源:https://www.cnblogs.com/cjsblog/archive/2018/05/21/9068886.html
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如何合理地估算線程池大小? 這個問題雖然看起來很小,卻並不那麼容易回答。大家如果有更好的方法歡迎賜教,先來一個天真的估算方法:假設要求一個系統的TPS(Transaction Per Second或者Task Per Second)至少為20,然後假設每個Transaction由一個線程完成,繼續假 ...


如何合理地估算線程池大小?

這個問題雖然看起來很小,卻並不那麼容易回答。大家如果有更好的方法歡迎賜教,先來一個天真的估算方法:假設要求一個系統的TPS(Transaction Per Second或者Task Per Second)至少為20,然後假設每個Transaction由一個線程完成,繼續假設平均每個線程處理一個Transaction的時間為4s。那麼問題轉化為:如何設計線程池大小,使得可以在1s內處理完20個Transaction?

計算過程很簡單,每個線程的處理能力為0.25TPS,那麼要達到20TPS,顯然需要20/0.25=80個線程。

很顯然這個估算方法很天真,因為它沒有考慮到CPU數目。一般伺服器的CPU核數為16或者32,如果有80個線程,那麼肯定會帶來太多不必要的線程上下文切換開銷。

再來第二種簡單的但不知是否可行的方法(N為CPU總核數):

  1. 如果是CPU密集型應用,則線程池大小設置為N+1
  2. 如果是IO密集型應用,則線程池大小設置為2N+1

如果一臺伺服器上只部署這一個應用並且只有這一個線程池,那麼這種估算或許合理,具體還需自行測試驗證。

接下來在這個文檔:伺服器性能IO優化 中發現一個估算公式:

最佳線程數目 = ((線程等待時間+線程CPU時間)/線程CPU時間 )* CPU數目

比如平均每個線程CPU運行時間為0.5s,而線程等待時間(非CPU運行時間,比如IO)為1.5s,CPU核心數為8,那麼根據上面這個公式估算得到:((0.5+1.5)/0.5)*8=32。這個公式進一步轉化為:

最佳線程數目 = (線程等待時間與線程CPU時間之比 + 1)* CPU數目

可以得出一個結論:線程等待時間所占比例越高,需要越多線程。線程CPU時間所占比例越高,需要越少線程。

上一種估算方法也和這個結論相合。

一個系統最快的部分是CPU,所以決定一個系統吞吐量上限的是CPU。增強CPU處理能力,可以提高系統吞吐量上限。但根據短板效應,真實的系統吞吐量並不能單純根據CPU來計算。那要提高系統吞吐量,就需要從“系統短板”(比如網路延遲、IO)著手:

  • 儘量提高短板操作的並行化比率,比如多線程下載技術
  • 增強短板能力,比如用NIO替代IO

第一條可以聯繫到Amdahl定律,這條定律定義了串列系統並行化後的加速比計算公式:

加速比=優化前系統耗時 / 優化後系統耗時

加速比越大,表明系統並行化的優化效果越好。Addahl定律還給出了系統並行度、CPU數目和加速比的關係,加速比為Speedup,系統串列化比率(指串列執行代碼所占比率)為F,CPU數目為N:

Speedup <= 1 / (F + (1-F)/N)

當N足夠大時,串列化比率F越小,加速比Speedup越大。

寫到這裡,我突然冒出一個問題。

是否使用線程池就一定比使用單線程高效呢?

答案是否定的,比如Redis就是單線程的,但它卻非常高效,基本操作都能達到十萬量級/s。從線程這個角度來看,部分原因在於:

  • 多線程帶來線程上下文切換開銷,單線程就沒有這種開銷

當然“Redis很快”更本質的原因在於:Redis基本都是記憶體操作,這種情況下單線程可以很高效地利用CPU。而多線程適用場景一般是:存在相當比例的IO和網路操作。

所以即使有上面的簡單估算方法,也許看似合理,但實際上也未必合理,都需要結合系統真實情況(比如是IO密集型或者是CPU密集型或者是純記憶體操作)和硬體環境(CPU、記憶體、硬碟讀寫速度、網路狀況等)來不斷嘗試達到一個符合實際的合理估算值。

最後來一個“Dark Magic”估算方法(因為我暫時還沒有搞懂它的原理),使用下麵的類:

  1 package threadpool;
  2 
  3 import java.math.BigDecimal;
  4 import java.math.RoundingMode;
  5 import java.util.Timer;
  6 import java.util.TimerTask;
  7 import java.util.concurrent.BlockingQueue;
  8 
  9 /**
 10  * A class that calculates the optimal thread pool boundaries. It takes the
 11  * desired target utilization and the desired work queue memory consumption as
 12  * input and retuns thread count and work queue capacity.
 13  *
 14  * @author Niklas Schlimm
 15  */
 16 public abstract class PoolSizeCalculator {
 17 
 18     /**
 19      * The sample queue size to calculate the size of a single {@link Runnable}
 20      * element.
 21      */
 22     private final int SAMPLE_QUEUE_SIZE = 1000;
 23 
 24     /**
 25      * Accuracy of test run. It must finish within 20ms of the testTime
 26      * otherwise we retry the test. This could be configurable.
 27      */
 28     private final int EPSYLON = 20;
 29 
 30     /**
 31      * Control variable for the CPU time investigation.
 32      */
 33     private volatile boolean expired;
 34 
 35     /**
 36      * Time (millis) of the test run in the CPU time calculation.
 37      */
 38     private final long testtime = 3000;
 39 
 40     /**
 41      * Calculates the boundaries of a thread pool for a given {@link Runnable}.
 42      *
 43      * @param targetUtilization the desired utilization of the CPUs (0 <= targetUtilization <=      *            1)      * @param targetQueueSizeBytes      *            the desired maximum work queue size of the thread pool (bytes)
 44      */
 45     protected void calculateBoundaries(BigDecimal targetUtilization, BigDecimal targetQueueSizeBytes) {
 46         calculateOptimalCapacity(targetQueueSizeBytes);
 47         Runnable task = creatTask();
 48         start(task);
 49         start(task); // warm up phase
 50         long cputime = getCurrentThreadCPUTime();
 51         start(task); // test intervall
 52         cputime = getCurrentThreadCPUTime() - cputime;
 53         long waittime = (testtime * 1000000) - cputime;
 54         calculateOptimalThreadCount(cputime, waittime, targetUtilization);
 55     }
 56 
 57     private void calculateOptimalCapacity(BigDecimal targetQueueSizeBytes) {
 58         long mem = calculateMemoryUsage();
 59         BigDecimal queueCapacity = targetQueueSizeBytes.divide(new BigDecimal(mem),
 60                 RoundingMode.HALF_UP);
 61         System.out.println("Target queue memory usage (bytes): "
 62                 + targetQueueSizeBytes);
 63         System.out.println("createTask() produced " + creatTask().getClass().getName() + " which took " + mem + " bytes in a queue");
 64         System.out.println("Formula: " + targetQueueSizeBytes + " / " + mem);
 65         System.out.println("* Recommended queue capacity (bytes): " + queueCapacity);
 66     }
 67 
 68     /**
 69      * Brian Goetz' optimal thread count formula, see 'Java Concurrency in
 70      * * Practice' (chapter 8.2)      *
 71      * * @param cpu
 72      * *            cpu time consumed by considered task
 73      * * @param wait
 74      * *            wait time of considered task
 75      * * @param targetUtilization
 76      * *            target utilization of the system
 77      */
 78     private void calculateOptimalThreadCount(long cpu, long wait,
 79                                              BigDecimal targetUtilization) {
 80         BigDecimal waitTime = new BigDecimal(wait);
 81         BigDecimal computeTime = new BigDecimal(cpu);
 82         BigDecimal numberOfCPU = new BigDecimal(Runtime.getRuntime()
 83                 .availableProcessors());
 84         BigDecimal optimalthreadcount = numberOfCPU.multiply(targetUtilization)
 85                 .multiply(new BigDecimal(1).add(waitTime.divide(computeTime,
 86                         RoundingMode.HALF_UP)));
 87         System.out.println("Number of CPU: " + numberOfCPU);
 88         System.out.println("Target utilization: " + targetUtilization);
 89         System.out.println("Elapsed time (nanos): " + (testtime * 1000000));
 90         System.out.println("Compute time (nanos): " + cpu);
 91         System.out.println("Wait time (nanos): " + wait);
 92         System.out.println("Formula: " + numberOfCPU + " * "
 93                 + targetUtilization + " * (1 + " + waitTime + " / "
 94                 + computeTime + ")");
 95         System.out.println("* Optimal thread count: " + optimalthreadcount);
 96     }
 97 
 98     /**
 99      * * Runs the {@link Runnable} over a period defined in {@link #testtime}.
100      * * Based on Heinz Kabbutz' ideas
101      * * (http://www.javaspecialists.eu/archive/Issue124.html).
102      * *
103      * * @param task
104      * *            the runnable under investigation
105      */
106     public void start(Runnable task) {
107         long start = 0;
108         int runs = 0;
109         do {
110             if (++runs > 5) {
111                 throw new IllegalStateException("Test not accurate");
112             }
113             expired = false;
114             start = System.currentTimeMillis();
115             Timer timer = new Timer();
116             timer.schedule(new TimerTask() {
117                 public void run() {
118                     expired = true;
119                 }
120             }, testtime);
121             while (!expired) {
122                 task.run();
123             }
124             start = System.currentTimeMillis() - start;
125             timer.cancel();
126         } while (Math.abs(start - testtime) > EPSYLON);
127         collectGarbage(3);
128     }
129 
130     private void collectGarbage(int times) {
131         for (int i = 0; i < times; i++) {
132             System.gc();
133             try {
134                 Thread.sleep(10);
135             } catch (InterruptedException e) {
136                 Thread.currentThread().interrupt();
137                 break;
138             }
139         }
140     }
141 
142     /**
143      * Calculates the memory usage of a single element in a work queue. Based on
144      * Heinz Kabbutz' ideas
145      * (http://www.javaspecialists.eu/archive/Issue029.html).
146      *
147      * @return memory usage of a single {@link Runnable} element in the thread
148      * pools work queue
149      */
150     public long calculateMemoryUsage() {
151         BlockingQueue queue = createWorkQueue();
152         for (int i = 0; i < SAMPLE_QUEUE_SIZE; i++) {
153             queue.add(creatTask());
154         }
155 
156         long mem0 = Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory();
157         long mem1 = Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory();
158 
159         queue = null;
160 
161         collectGarbage(15);
162 
163         mem0 = Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory();
164         queue = createWorkQueue();
165 
166         for (int i = 0; i < SAMPLE_QUEUE_SIZE; i++) {
167             queue.add(creatTask());
168         }
169 
170         collectGarbage(15);
171 
172         mem1 = Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory();
173 
174         return (mem1 - mem0) / SAMPLE_QUEUE_SIZE;
175     }
176 
177     /**
178      * Create your runnable task here.
179      *
180      * @return an instance of your runnable task under investigation
181      */
182     protected abstract Runnable creatTask();
183 
184     /**
185      * Return an instance of the queue used in the thread pool.
186      *
187      * @return queue instance
188      */
189     protected abstract BlockingQueue createWorkQueue();
190 
191     /**
192      * Calculate current cpu time. Various frameworks may be used here,
193      * depending on the operating system in use. (e.g.
194      * http://www.hyperic.com/products/sigar). The more accurate the CPU time
195      * measurement, the more accurate the results for thread count boundaries.
196      *
197      * @return current cpu time of current thread
198      */
199     protected abstract long getCurrentThreadCPUTime();
200 
201 }

然後自己繼承這個抽象類並實現它的三個抽象方法,比如下麵是我寫的一個示例(任務是請求網路數據),其中我指定期望CPU利用率為1.0(即100%),任務隊列總大小不超過100,000位元組:

 1 package threadpool;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStreamReader;
 6 import java.lang.management.ManagementFactory;
 7 import java.math.BigDecimal;
 8 import java.net.HttpURLConnection;
 9 import java.net.URL;
10 import java.util.concurrent.BlockingQueue;
11 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
12 
13 public class SimplePoolSizeCaculatorImpl extends PoolSizeCalculator {
14 
15     @Override
16     protected Runnable creatTask() {
17         return new AsyncIOTask();
18     }
19 
20     @Override
21     protected BlockingQueue createWorkQueue() {
22         return new LinkedBlockingQueue(1000);
23     }
24 
25     @Override
26     protected long getCurrentThreadCPUTime() {
27         return ManagementFactory.getThreadMXBean().getCurrentThreadCpuTime();
28     }
29 
30     public static void main(String[] args) {
31         PoolSizeCalculator poolSizeCalculator = new SimplePoolSizeCaculatorImpl();
32         poolSizeCalculator.calculateBoundaries(new BigDecimal(1.0), new BigDecimal(100000));
33     }
34 
35 }
36 
37 /**
38  * 自定義的非同步IO任務
39  * @author Will
40  *
41  */
42 class AsyncIOTask implements Runnable {
43 
44     public void run() {
45         HttpURLConnection connection = null;
46         BufferedReader reader = null;
47         try {
48             String getURL = "http://baidu.com";
49             URL getUrl = new URL(getURL);
50 
51             connection = (HttpURLConnection) getUrl.openConnection();
52             connection.connect();
53             reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(
54                     connection.getInputStream()));
55 
56             String line;
57             while ((line = reader.readLine()) != null) {
58                 // empty loop
59             }
60         }
61 
62         catch (IOException e) {
63 
64         } finally {
65             if(reader != null) {
66                 try {
67                     reader.close();
68                 }
69                 catch(Exception e) {
70 
71                 }
72             }
73             connection.disconnect();
74         }
75 
76     }
77 
78 }

得到如下輸出:

Target queue memory usage (bytes): 100000
createTask() produced threadpool.AsyncIOTask which took 40 bytes in a queue
Formula: 100000 / 40
* Recommended queue capacity (bytes): 2500
Number of CPU: 8
Target utilization: 1
Elapsed time (nanos): 3000000000
Compute time (nanos): 280801800
Wait time (nanos): 2719198200
Formula: 8 * 1 * (1 + 2719198200 / 280801800)
* Optimal thread count: 88

推薦的任務隊列大小為2500,線程數為88。依次為依據,我們就可以構造這樣一個線程池:

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(88, 88, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2500));

可以將這個文件打包成可執行的jar文件,這樣就可以拷貝到測試/正式環境上執行。

 1 <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 2   xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
 3     <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 4 
 5     <groupId>threadpool</groupId>
 6     <artifactId>dark-magic</artifactId>
 7     <version>1.0-SNAPSHOT</version>
 8     <packaging>jar</packaging>
 9 
10     <name>dark_magic</name>
11     <url>http://maven.apache.org</url>
12 
13     <properties>
14         <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
15     </properties>
16 
17     <dependencies>
18         
19     </dependencies>
20 
21     <build>
22         <finalName>dark-magic</finalName>
23 
24         <plugins>
25             <plugin>
26                 <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
27                 <configuration>
28                     <appendAssemblyId>false</appendAssemblyId>
29                     <descriptorRefs>
30                         <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
31                     </descriptorRefs>
32                     <archive>
33                         <manifest>
34                             <!-- 此處指定main方法入口的class -->
35                             <mainClass>threadpool.SimplePoolSizeCaculatorImpl</mainClass>
36                         </manifest>
37                     </archive>
38                 </configuration>
39                 <executions>
40                     <execution>
41                         <id>make-assembly</id>
42                         <phase>package</phase>
43                         <goals>
44                             <goal>assembly</goal>
45                         </goals>
46                     </execution>
47                 </executions>
48             </plugin>
49         </plugins>
50     </build>
51 </project>

 

轉載:

http://ifeve.com/how-to-calculate-threadpool-size/

http://www.importnew.com/17384.html

https://www.cnblogs.com/cherish010/p/8334952.html

 


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  • 2011年1月21日 微信(WeChat) 是騰訊公司於2011年1月21日推出的一個為智能終端提供即時通訊服務的免費應用程式,由張小龍所帶領的騰訊廣州研發中心產品團隊打造 。在互聯網飛速發展的下、民眾的需求下,微信已經更新到2.6.2.31版本,全民微信時代。村口的張大媽,家裡的老父親都知道怎麼使 ...
  • 原創 上一篇博客寫了先進先出演算法(FIFO)——頁面置換:http://www.cnblogs.com/chiweiming/p/9058438.html 此篇介紹最近最少使用演算法(LRU)——頁面置換,與上一篇的代碼大同小異,只是用了不同的方法從頁面隊列 中選出需要淘汰出的頁面。 還是辣個慄子: ...
  • IntelliJ IDEA之UML類圖 生成方法 Show Diagrams 選中需要的類,右鍵單擊 ,之後點擊 ,或者快捷鍵 生成類圖,將類圖顯示在編輯器視窗中 Show Diagrams PopUp 選中所需要類,右鍵單擊 ,之後點擊 ,或者快捷鍵 生成類圖,將類圖顯示在彈出視窗中 工具欄(To ...
  • 在類unix操作系統下,可以用 os.fork() 創建一個新的進程,windows系統不可以: 在執行了 os.fork() 這一句之後,會有兩個進程同時向下執行, 返回的 ret 分別是 0(子進程)的 和 大於0(父進程)的 , getpid() 是獲取當前進程的pid getppid() 是 ...
  • 一、項目目錄結構: 案例採用MVC三層模式開發: 二、源代碼: domain層:User .java dao層:UserDaoImpl .java RegisterForm.java:封裝並校驗註冊表單提交的數據 LoginServlet.java:處理登陸請求 LogoutServlet.java ...
  • 遠程代理模式-Remote Proxy 服務端通過rmi將對象註冊到遠程服務, 客戶端使用時, 只需要通過rmi協議獲取即可, 只要介面統一, 即可不需要知道內部具體實現, 直接調用使用. CompareHelper介面 這裡就是客戶端和服務端統一的介面, 只需要服務端根據這個介面實現相應的功能, ...
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  • 移動開發(一):使用.NET MAUI開發第一個安卓APP 對於工作多年的C#程式員來說,近來想嘗試開發一款安卓APP,考慮了很久最終選擇使用.NET MAUI這個微軟官方的框架來嘗試體驗開發安卓APP,畢竟是使用Visual Studio開發工具,使用起來也比較的順手,結合微軟官方的教程進行了安卓 ...
  • 前言 QuestPDF 是一個開源 .NET 庫,用於生成 PDF 文檔。使用了C# Fluent API方式可簡化開發、減少錯誤並提高工作效率。利用它可以輕鬆生成 PDF 報告、發票、導出文件等。 項目介紹 QuestPDF 是一個革命性的開源 .NET 庫,它徹底改變了我們生成 PDF 文檔的方 ...
  • 項目地址 項目後端地址: https://github.com/ZyPLJ/ZYTteeHole 項目前端頁面地址: ZyPLJ/TreeHoleVue (github.com) https://github.com/ZyPLJ/TreeHoleVue 目前項目測試訪問地址: http://tree ...
  • 話不多說,直接開乾 一.下載 1.官方鏈接下載: https://www.microsoft.com/zh-cn/sql-server/sql-server-downloads 2.在下載目錄中找到下麵這個小的安裝包 SQL2022-SSEI-Dev.exe,運行開始下載SQL server; 二. ...
  • 前言 隨著物聯網(IoT)技術的迅猛發展,MQTT(消息隊列遙測傳輸)協議憑藉其輕量級和高效性,已成為眾多物聯網應用的首選通信標準。 MQTTnet 作為一個高性能的 .NET 開源庫,為 .NET 平臺上的 MQTT 客戶端與伺服器開發提供了強大的支持。 本文將全面介紹 MQTTnet 的核心功能 ...
  • Serilog支持多種接收器用於日誌存儲,增強器用於添加屬性,LogContext管理動態屬性,支持多種輸出格式包括純文本、JSON及ExpressionTemplate。還提供了自定義格式化選項,適用於不同需求。 ...
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  • 1.前言 什麼是熱更新 游戲或者軟體更新時,無需重新下載客戶端進行安裝,而是在應用程式啟動的情況下,在內部進行資源或者代碼更新 Unity目前常用熱更新解決方案 HybridCLR,Xlua,ILRuntime等 Unity目前常用資源管理解決方案 AssetBundles,Addressable, ...
  • 本文章主要是在C# ASP.NET Core Web API框架實現向手機發送驗證碼簡訊功能。這裡我選擇是一個互億無線簡訊驗證碼平臺,其實像阿裡雲,騰訊雲上面也可以。 首先我們先去 互億無線 https://www.ihuyi.com/api/sms.html 去註冊一個賬號 註冊完成賬號後,它會送 ...
  • 通過以下方式可以高效,並保證數據同步的可靠性 1.API設計 使用RESTful設計,確保API端點明確,並使用適當的HTTP方法(如POST用於創建,PUT用於更新)。 設計清晰的請求和響應模型,以確保客戶端能夠理解預期格式。 2.數據驗證 在伺服器端進行嚴格的數據驗證,確保接收到的數據符合預期格 ...