Servlet 3.0 异步处理详解

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Servlet 3.0 开始提供了AsyncContext用来支持异步处理请求,那么异步处理请求到底能够带来哪些好处?

Web容器一般来说处理请求的方式是:为每个request分配一个thread。我们都知道thread的创建不是没有代价的,Web容器的thread pool都是有上限的。
那么一个很容易预见的问题就是,在高负载情况下,thread pool都被占着了,那么后续的request就只能等待,如果运气不好客户端会报等待超时的错误。
在AsyncContext出现之前,解决这个问题的唯一办法就是扩充Web容器的thread pool。

但是这样依然有一个问题,考虑以下场景:

有一个web容器,线程池大小200。有一个web app,它有两个servlet,Servlet-A处理单个请求的时间是10s,Servlet-B处理单个请求的时间是1s。
现在遇到了高负载,有超过200个request到Servlet-A,如果这个时候请求Servlet-B就会等待,因为所有HTTP thread都已经被Servlet-A占用了。
这个时候工程师发现了问题,扩展了线程池大小到400,但是负载依然持续走高,现在有400个request到Servlet-A,Servlet-B依然无法响应。

看到问题了没有,因为HTTP thread和Worker thread耦合在了一起(就是同一个thread),所以导致了当大量request到一个耗时操作时,就会将HTTP thread占满,导致整个Web容器就会无法响应。

但是如果使用AsyncContext,我们就可以将耗时的操作交给另一个thread去做,这样HTTP thread就被释放出来了,可以去处理其他请求了。

注意,只有使用AsyncContext才能够达到上面所讲的效果,如果直接new Thread()或者类似的方式的,HTTP thread并不会归还到容器。

下面是一个官方的例子:

@WebServlet(urlPatterns={"/asyncservlet"}, asyncSupported=true)
public class AsyncServlet extends HttpServlet {
   /* ... Same variables and init method as in SyncServlet ... */

   @Override
   public void doGet(HttpServletRequest request, 
                     HttpServletResponse response) {
      response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
      final AsyncContext acontext = request.startAsync();
      acontext.start(new Runnable() {
         public void run() {
            String param = acontext.getRequest().getParameter("param");
            String result = resource.process(param);
            HttpServletResponse response = acontext.getResponse();
            /* ... print to the response ... */
            acontext.complete();
            }
      });
   }
}

陷阱

在这个官方例子里,每个HTTP thread都会开启另一个Worker thread来处理请求,然后把HTTP thread就归还给Web容器。但是看AsyncContext.start()方法的javadoc:

Causes the container to dispatch a thread, possibly from a managed thread pool, to run the specified Runnable.

实际上这里并没有规定Worker thread到底从哪里来,也许是HTTP thread pool之外的另一个thread pool?还是说就是HTTP thread pool?

The Limited Usefulness of AsyncContext.start()文章里写道:不同的Web容器对此有不同的实现,不过Tomcat实际上是利用HTTP thread pool来处理AsyncContext.start()的。

这也就是说,我们原本是想释放HTTP thread的,但实际上并没有,因为有HTTP thread依然被用作Worker thread,只不过这个thread和接收请求的HTTP thread不是同一个而已。

这个结论我们也可以通过AsyncServlet1SyncServlet的Jmeter benchmark看出来,两者的throughput结果差不多。启动方法:启动Main,然后利用Jmeter启动benchmark.jmx(Tomcat默认配置下HTTP thread pool=200)。

使用ExecutorService

前面看到了Tomcat并没有单独维护Worker thread pool,那么我们就得自己想办法搞一个,见AsyncServlet2,它使用了一个带Thread pool的ExecutorService来处理AsyncContext。

其他方式

所以对于AsyncContext的使用并没有固定的方式,你可以根据实际需要去采用不同的方式来处理,为此你需要一点Java concurrent programming的知识。

对于性能的误解

AsyncContext的目的并不是为了提高性能,也并不直接提供性能提升,它提供了把HTTP thread和Worker thread解藕的机制,从而提高Web容器的响应能力

不过AsyncContext在某些时候的确能够提高性能,但这个取决于你的代码是怎么写的。
比如:Web容器的HTTP thread pool数量200,某个Servlet使用一个300的Worker thread pool来处理AsyncContext。
相比Sync方式Worker thread pool=HTTP thread pool=200,在这种情况下我们有了300的Worker thread pool,所以肯定能够带来一些性能上的提升(毕竟干活的人多了)。

相反,如果当Worker thread的数量<=HTTP thread数量的时候,那么就不会得到性能提升,因为此时处理请求的瓶颈在Worker thread。
你可以修改AsyncServlet2的线程池大小,把它和SyncServlet比较benchmark结果来验证这一结论。

一定不要认为Worker thread pool必须比HTTP thread pool大,理由如下:

  1. 两者职责不同,一个是Web容器用来接收外来请求,一个是处理业务逻辑
  2. thread的创建是有代价的,如果HTTP thread pool已经很大了再搞一个更大的Worker thread pool反而会造成过多的Context switch和内存开销
  3. AsyncContext的目的是将HTTP thread释放出来,避免被操作长期占用进而导致Web容器无法响应

所以在更多时候,Worker thread pool不会很大,而且会根据不同业务构建不同的Worker thread pool。
比如:Web容器thread pool大小200,一个慢速Servlet的Worker thread pool大小10,这样一来,无论有多少请求到慢速操作,它都不会将HTTP thread占满导致其他请求无法处理。

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许先森丶 · 2017-12-07

"Web容器thread pool大小200,一个慢速Servlet的Worker thread pool大小10,这样一来,无论有多少请求到慢速操作,它都不会将HTTP thread占满导致其他请求无法处理",不是很懂这句话的意思,如果Worker Thread pool已经有10个请求在处理,难道http thread pool就不能再接受请求了么?

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它都不会【将HTTP thread占满导致其他请求无法处理】,意思是不会占满,不会导致其他请求无法处理。

chanjarster 作者 · 2017-12-07
mercyblitz · 2017-12-08

这个文章的大前提是不是有点问题,貌似 HTTP Thread 和 Worker Thread 分开了?

引述 Servlet 3.0 规范中的一段话:

2.3.3.3 Asynchronous processing

  1. typical sequence of

events for asynchronous processing is:

  1. The request is received and passed via normal filters for authentication etc. to the

servlet.

  1. The servlet processes the request parameters and/or content to determine the

nature of the request.

  1. The servlet issues requests for resources or data, for example, sends a remote web

service request or joins a queue waiting for a JDBC connection.

  1. The servlet returns without generating a response.
  2. After some time, the requested resource becomes available, the thread handling

that event continues processing either in the same thread or by dispatching to a
resource in the container using the AsyncContext.

由于 HTTP 的特殊性,并非长连接,不可能返回一个类似 Future的远程对象,它与 Servlet 增加 ServiceExecutor 区别不大,不过其中的异步事件监听方式,与后来 Java 8 中的 CompletableFuture 异曲同工。

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更正 ServiceExecutor -> ExecutorService

mercyblitz · 2017-12-08
0

@mercyblitz 没太明白你的问题,文章里也没写过「
貌似 HTTP Thread 和 Worker Thread 分开了」这句话。你引述的servlet 3.0规范和本文也没有什么矛盾之处

chanjarster 作者 · 2017-12-08
0

@chanjarster HTTP thread和Worker thread耦合在了一起

mercyblitz · 2017-12-08
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