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  • 如何合理地估算线程池大小?

    这个问题虽然看起来很小,却并不那么容易回答。

    大家如果有更好的方法欢迎赐教,先来一个天真的估算方法:

    假设要求一个系统的TPS(Transaction Per Second或者Task Per Second)至少为20,然后假设每个Transaction由一个线程完成,继续假设平均每个线程处理一个Transaction的时间为4s。

    那么问题转化为:如何设计线程池大小,使得可以在1s内处理完20个Transaction?

    计算过程很简单,每个线程的处理能力为0.25TPS,那么要达到20TPS,显然需要20/0.25=80个线程。

    很显然这个估算方法很天真,因为它没有考虑到CPU数目。一般服务器的CPU核数为16或者32,如果有80个线程,那么肯定会带来太多不必要的线程上下文切换开销。

    再来第二种简单的但不知是否可行的方法(N为CPU总核数):

    1. 如果是CPU密集型应用,则线程池大小设置为N+1
    2. 如果是IO密集型应用,则线程池大小设置为2N+1

    如果一台服务器上只部署这一个应用并且只有这一个线程池,那么这种估算或许合理,具体还需自行测试验证。

    接下来在这个文档:服务器性能IO优化 中发现一个估算公式:

    最佳线程数目 = ((线程等待时间+线程CPU时间)/线程CPU时间 )* CPU数目

    比如平均每个线程CPU运行时间为0.5s,而线程等待时间(非CPU运行时间,比如IO)为1.5s,CPU核心数为8,那么根据上面这个公式估算得到:((0.5+1.5)/0.5)*8=32。这个公式进一步转化为:

    佳线程数目 = (线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1)* CPU数目

    可以得出一个结论:线程等待时间所占比例越高,需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高,需要越少线程。

    上一种估算方法也和这个结论相合。

    一个系统最快的部分是CPU,所以决定一个系统吞吐量上限的是CPU。增强CPU处理能力,可以提高系统吞吐量上限。但根据短板效应,真实的系统吞吐量并不能单纯根据CPU来计算。那要提高系统吞吐量,就需要从“系统短板”(比如网络延迟、IO)着手:

    • 尽量提高短板操作的并行化比率,比如多线程下载技术
    • 增强短板能力,比如用NIO替代IO

    第一条可以联系到Amdahl定律,这条定律定义了串行系统并行化后的加速比计算公式:

    加速比=优化前系统耗时 / 优化后系统耗时

    加速比越大,表明系统并行化的优化效果越好。Addahl定律还给出了系统并行度、CPU数目和加速比的关系,加速比为Speedup,系统串行化比率(指串行执行代码所占比率)为F,CPU数目为N:

    当N足够大时,串行化比率F越小,加速比Speedup越大。

    写到这里,我突然冒出一个问题。

    是否使用线程池就一定比使用单线程高效呢?

    答案是否定的,比如Redis就是单线程的,但它却非常高效,基本操作都能达到十万量级/s。从线程这个角度来看,部分原因在于:

    • 多线程带来线程上下文切换开销,单线程就没有这种开销

    当然“Redis很快”更本质的原因在于:Redis基本都是内存操作,这种情况下单线程可以很高效地利用CPU。而多线程适用场景一般是:存在相当比例的IO和网络操作。

    另外,关注公众号Java技术栈,在后台回复:面试,可以获取我整理的 Java 系统面试题和答案,包括多线程、JVM 等,非常齐全。

    所以即使有上面的简单估算方法,也许看似合理,但实际上也未必合理,都需要结合系统真实情况(比如是IO密集型或者是CPU密集型或者是纯内存操作)和硬件环境(CPU、内存、硬盘读写速度、网络状况等)来不断尝试达到一个符合实际的合理估算值。

    最后来一个“Dark Magic”估算方法(因为我暂时还没有搞懂它的原理),使用下面的类:

    然后自己继承这个抽象类并实现它的三个抽象方法,比如下面是我写的一个示例(任务是请求网络数据),其中我指定期望CPU利用率为1.0(即100%),任务队列总大小不超过100,000字节:

    得到如下输出:

    推荐的任务队列大小为2500,线程数为88。依次为依据,我们就可以构造这样一个线程池:

    可以将这个文件打包成可执行的jar文件,这样就可以拷贝到测试/正式环境上执行。

    如何合理地估算线程池大小?

    来源:

    www.cnblogs.com/cjsblog/p/9068886.html

    参考:

    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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