关乎性能的思考

简介:         现在工程师们越发的喜欢谈性能(CPU, memery, IO, container, middleware等),性能调优似乎也成为软件行业基础架构师越来越倚重的技艺之一。通常情况下,性能shooting也无外乎分为几个过程。其一,performance diagnostic & bottleneck positioning,这一步往往是关键,当然手法也是千奇百怪,这
        现在工程师们越发的喜欢谈性能(CPU, memery, IO, container, middleware等),性能调优似乎也成为软件行业基础架构师越来越倚重的技艺之一。通常情况下,性能shooting也无外乎分为几个过程。其一,performance diagnostic & bottleneck positioning,这一步往往是关键,当然手法也是千奇百怪,这里不做赘述。第二,performance tuning,真正的调优过程是一个很Galileo,很Continuous的事情,当然也有一些模型,规则可以遵守。正如大伙疾呼:编码是一种艺术。在这,允许我呐喊一下:调优更是一门艺术。不过这门艺术要求还是有点高的,你不仅要有扎实的硬件基本知识,还要对诸多软件工作模式有一探到底的精气神。这里我们不谈性能调优如何艺术,更多的是想和大家分享一些性能调优后的思考(试图去完善一本性能调优沉思录)。思考过后,我们可以尝试着问问自己能不能做到性能架构,性能编码?注意,这里的性能架构,性能编码是自己发明的一个词汇,说的直白点,就是将性能更早的引入软件生命周期中来,别忘了,银行家算法是避免死锁的有效策略~
        那么,现在步入正题。首先我想分享的是使用Jmeter做DBCP的调优。调优的初衷很简单,提高TPS,同时减少数据库灾难带来的连接池exhaust(提高可用性)。第一个调优目标,是个很业务的事情,需要根据你的业务场景进行调整,策略上最值得注意的是maxIdle和minIdle两个参数,类似Java的-Xmx和-Xms的设置。剩下的一些参数调整,个人觉得没什么借鉴意义,所以就不赘述了,毕竟这是一件很业务的事情。再看另一个目标,这里我主要想说的是removeAbandoned和removeAbandonedTimeout。从软件的健壮性来讲,边界值问题尤为重要。在资源获取型编码过程中,最好的体现就是超时时间的设置,这是个很经验,很统计概率的事情。对样本空间进行充分取样,一定可以得出该样本空间样本点的均值,当然还有均方差。后者更多的在关注样本点与平均值的偏离程度。仔细体会一下Jmeter的90% Line性能指标(这只是一个很简单的数学场景,后面有机会和大家分享一篇性能调优中的数学之美的博文)。好了,话题收敛一下,我来解释一下removeAbandonedTimeout的重要性:当connection idle时间超越这个数值时, AbandonedObjectPool会在borrowObject和returnObject时会先进行连接的有效性判断。很好理解,在借出对象时,需要判断该对象是否处于活跃状态(不满足removeAbandoned条件则归还,满足需要看超时时间,然后…);归还时的判断原则大致类同,这个很容易想到。代码如下:
/**
     * Get a db connection from the pool.
     *
     * If removeAbandoned=true, recovers db connections which
     * have been idle > removeAbandonedTimeout and
     * getNumActive() > getMaxActive() - 3 and
     * getNumIdle() < 2
     * 
     * @return Object jdbc Connection
     * @throws Exception if an exception occurs retrieving a 
     * connection from the pool
     */
    public Object borrowObject() throws Exception {
        if (config != null
                && config.getRemoveAbandoned()
                && (getNumIdle() < 2)
                && (getNumActive() > getMaxActive() - 3) ) {
            removeAbandoned();
        }
        Object obj = super.borrowObject();
        if (obj instanceof AbandonedTrace) {
            ((AbandonedTrace) obj).setStackTrace();
        }
        if (obj != null && config != null && config.getRemoveAbandoned()) {
            synchronized (trace) {
                trace.add(obj);
            }
        }
        return obj;
    }
/**
     * Return a db connection to the pool.
     *
     * @param obj db Connection to return
     * @throws Exception if an exception occurs returning the connection
     * to the pool
     */
    public void returnObject(Object obj) throws Exception {
        if (config != null && config.getRemoveAbandoned()) {
            synchronized (trace) {
                boolean foundObject = trace.remove(obj);
                if (!foundObject) {
                    return; // This connection has already been invalidated.  Stop now.
                }
            }
        }
        super.returnObject(obj);
    }

        通过分析,压测,调整参数验证,我们达到了优化目标(主要是基于以上参数的调整)。而后,我们需要认真反思一下:在拿到一款开源软件并成功run起来,进入到production环境前,是不是需要做点啥?每依赖一个新Jar包,就压测一通,是不是很没章法,显得?能不能理论指导实践一下呢?我的回答是当然可以,但需要仔细研读一下关乎性能的相关参数说明。当然,哪些会成为你着重关注的性能参数,这又是一个很经验的事情。再举个例子,之前做过几个Connection调优的事情,问题定位到最后,发现两边的Connection timeout设置的不具备“包容性”。具体来说,在Tomcat的AJP connector和apache的mod_jk connector pipe对接时,处于请求响应数据流向的AJP connector端的timeout是不是可以大于等于mod_Jk counterpart呢?试想一下,倘若前者过小,当连接数大于connection_pool_minsize,并且connection_pool_timeout 超时,mod_jk会主动断开连接。而Tomcat 这边只要到了connectionTimeout超时时间,就会立即放弃连接。这就导致了mod_jk 继续持有连接,而Tomcat这边却放弃了这条连接。后果很严重吧(不作不死的Timewait问题)?为了更形象点,我还是把关键配置项摘录下来吧:
workers.properties:
worker.node1.connection_pool_minsize=25
worker.node1.connection_pool_timeout=600

server.xml :
<Connector port="8009" address="${jboss.bind.address}" protocol="AJP/1.3" emptySessionPath="true" enableLookups="false" redirectPort="8443" URIEncoding="UTF-8" backlog="256" maxThreads="250" connectionTimeout="600000"/>

         Hmm,既然已经注意到了这点,我们就可以把Tomcat的connectionTimeout调得比较大,让它完全包容mod_Jk counterpart,又或者把mod_jk的connection_pool_minsize 设成0,再或者在mod_jk中设置worker.node1.prepost_timeout=10000 ,通过断开死连接的方式,都是可以解决这个问题的。写到这,忽然想起之前封装的那个高性能的HttpClient。为什么我敢“吹牛”它是高性能呢?原因很简单,Apache的性能参数之前我们已经进行了调优(通过分析日志统计出连续HTTP请求出现的次数、间隔时间、访问量, 以确定 MaxKeepAliveRequests 和 KeepAliveTimeout 的值。说到这里,我有必要提醒大家注意一下Timeout和KeepAliveTimeout的区别,用两段官方的解释说明一下吧,个人觉得很贴切:

The TimeOut directive currently defines the amount of time Apache will wait for three things: 

1. The total amount of time it takes to receive a GET request. 
2. The amount of time between receipt of TCP packets on a POST or PUT request. 
3. The amount of time between ACKs on transmissions of TCP packets in responses. 

The number of seconds Apache will wait for a subsequent request before closing the connection.Once a request has been received, the timeout value specified by the Timeout directive applies. 

),那么我封装HttpClient的时候,只需要对接apache的MPM参数(具体可参看:http://blog.csdn.net/fengjia10/article/details/7315279),那么在设计,编码阶段就可以解决大部分性能问题,剩下的就是根据业务场景稍作调优即可。

小结: 

通过这篇博客,我想说的是,作为职业架构师,我们不仅要读的通源码,玩得起perf tool(分析问题,解决问题),更需要的是将你的优化意识尽可能早的引入到软件的研发周期中(根据以往的经验,过早考虑性能,也可能会导致代码晦涩难懂。建议在设计中作为非功能需求考量,并在代码的优化阶段(也可能是提测后)实施性能调优),即架构设计,甚至是基础代码的编写过程中。尽可能的运用数学模型去验证你的性能参数选择。请牢牢记住:意识永远比技术更重要。


参考资料:

1. http://commons.apache.org/dbcp/configuration.html

2. http://software.intel.com/zh-cn/articles/book-Multicore-Multithread-Technology_tuning_cycle/

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