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高并发的“大杀器”:异步化、并行化

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高并发的大杀器:异步化

同步和异步,阻塞和非阻塞

同步和异步,阻塞和非阻塞,这几个词已经是老生常谈,但是还是有很多同学分不清楚,以为同步肯定就是阻塞,异步肯定就是非阻塞,其实他们并不是一回事。

同步和异步关注的是结果消息的通信机制:

同步:调用方需要主动等待结果的返回。

异步:不需要主动等待结果的返回,而是通过其他手段,比如状态通知,回调函数等。

阻塞和非阻塞主要关注的是等待结果返回调用方的状态:

阻塞:是指结果返回之前,当前线程被挂起,不做任何事。

非阻塞:是指结果在返回之前,线程可以做一些其他事,不会被挂起。

可以看见同步和异步,阻塞和非阻塞主要关注的点不同,有人会问同步还能非阻塞,异步还能阻塞?

当然是可以的,下面为了更好的说明它们的组合之间的意思,用几个简单的例子说明:

同步阻塞:同步阻塞基本也是编程中最常见的模型,打个比方你去商店买衣服,你去了之后发现衣服卖完了,那你就在店里面一直等,期间不做任何事(包括看手机),等着商家进货,直到有货为止,这个效率很低。

同步非阻塞:同步非阻塞在编程中可以抽象为一个轮询模式,你去了商店之后,发现衣服卖完了。

这个时候不需要傻傻的等着,你可以去其他地方比如奶茶店,买杯水,但是你还是需要时不时的去商店问老板新衣服到了吗。

异步阻塞:异步阻塞这个编程里面用的较少,有点类似你写了个线程池,submit 然后马上 future.get(),这样线程其实还是挂起的。

有点像你去商店买衣服,这个时候发现衣服没有了,这个时候你就给老板留个电话,说衣服到了就给我打电话,然后你就守着这个电话,一直等着它响什么事也不做。这样感觉的确有点傻,所以这个模式用得比较少。

异步非阻塞:这也是现在高并发编程的一个核心,也是今天主要讲的一个核心。

好比你去商店买衣服,衣服没了,你只需要给老板说这是我的电话,衣服到了就打。然后你就随心所欲的去玩,也不用操心衣服什么时候到,衣服一到,电话一响就可以去买衣服了。

同步阻塞 PK 异步非阻塞

上面已经看到了同步阻塞的效率是多么的低,如果使用同步阻塞的方式去买衣服,你有可能一天只能买一件衣服,其他什么事都不能干;如果用异步非阻塞的方式去买,买衣服只是你一天中进行的一个小事。

我们把这个映射到我们代码中,当我们的线程发生一次 RPC 调用或者 HTTP 调用,又或者其他的一些耗时的 IO 调用。

发起之后,如果是同步阻塞,我们的这个线程就会被阻塞挂起,直到结果返回,试想一下,如果 IO 调用很频繁那我们的 CPU 使用率会很低很低。

正所谓是物尽其用,既然 CPU 的使用率被 IO 调用搞得很低,那我们就可以使用异步非阻塞。

当发生 IO 调用时我并不马上关心结果,我只需要把回调函数写入这次 IO 调用,这个时候线程可以继续处理新的请求,当 IO 调用结束时,会调用回调函数。

而我们的线程始终处于忙碌之中,这样就能做更多的有意义的事了。这里首先要说明的是,异步化不是万能,异步化并不能缩短你整个链路调用时间长的问题,但是它能极大的提升你的最大 QPS。

一般我们的业务中有两处比较耗时:

CPU:CPU 耗时指的是我们的一般的业务处理逻辑,比如一些数据的运算,对象的序列化。这些异步化是不能解决的,得需要靠一些算法的优化,或者一些高性能框架。

IO Wait:IO 耗时就像我们上面说的,一般发生在网络调用,文件传输中等等,这个时候线程一般会挂起阻塞。而我们的异步化通常用于解决这部分的问题。

哪些可以异步化

上面说了异步化是用于解决 IO 阻塞的问题,而我们一般项目中可以使用异步化的情况如下:

Servlet 异步化

Spring MVC 异步化

RPC 调用如(Dubbo,Thrift),HTTP 调用异步化

数据库调用,缓存调用异步化

下面我会从上面几个方面进行异步化的介绍。

Servlet 异步化

对于 Java 开发程序员来说 Servlet 并不陌生,在项目中不论你使用 Struts2,还是使用的 Spring MVC,本质上都是封装的 Servlet。

但是我们一般的开发都是使用的同步阻塞,模式如下:

webp



上面的模式优点在于编码简单,适合在项目启动初期,访问量较少,或者是 CPU 运算较多的项目。

缺点在于,业务逻辑线程和 Servlet 容器线程是同一个,一般的业务逻辑总得发生点 IO,比如查询数据库,比如产生 RPC 调用,这个时候就会发生阻塞。

而我们的 Servlet 容器线程肯定是有限的,当 Servlet 容器线程都被阻塞的时候我们的服务这个时候就会发生拒绝访问,线程不够我当然可以通过增加机器的一系列手段来解决这个问题。

但是俗话说得好靠人不如靠自己,靠别人替我分担请求,还不如我自己搞定。

所以在 Servlet 3.0 之后支持了异步化,我们采用异步化之后,模式变成如下:

webp



作者:Java大生
链接:https://www.jianshu.com/p/dd1ec5b4dab8


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