FastHTTP源码分析——“百花齐放”的协程池

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原文:FastHTTP源码分析——“百花齐放”的协程池

声明

    阅读本编文章需要go语言基础和对资源池有一些了解。

    go 版本为1.11,FastHTTP为2018-11-23的最新master版本

前言

    在开始前我们先来简单定义一下协程池:能够达到协程资源复用。在这个定义下协程池的实现可以说是“百花齐放”了,找一下热门的go语言开源项目都会有协程池的不同实现方式。 有基于链表实现的Tidb,有基于环形队列实现的Jaeger,有基于数组栈实现的FastHTTP等,种类繁多任君选择。这么多的协程池实现可以归纳成二种:

  1. 提前创建协程:JaegerIstioTars等。
  2. 按需创建协程:TidbFastHTTPAnts等。

    这2种实现中,个人比较喜欢第二种按需创建,FastHTTP也是使用第二种方式,所以我们来看看它是如何实现的。

FastHTTP协程池简介

    在介绍FastHTTP协程池之前先做一下简单的介绍。workerChan和协程一一对应,相同的生命周期,可以把workerChan看成是协程的门牌,使用凭证,引路子等。 整个协程池的实现主要由workerPoolworkerChan组成。

  1. 请求进来创建协程
  2. 请求处理完成,把协程的workerChan放入workerPool.ready
  3. 再有请求进来,从workerPool.ready获取workerChan,处理请求。
  4. 从第2步开始不断重复

协程池用在哪里

  • go官方原生 http.Server
net/http/server.go #2805
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    ......
    for {
      rw, e := l.Accept()
      ......
      //FastHTTP在这步使用协程池
      go c.serve(ctx)
    }
}
  • FastHTTP的 fasthttp.ListenAndServe
github.com/valyala/fasthttp/server.go 1489
func (s *Server) Serve(ln net.Listener) error {
    ......
    for {
      if c, err = acceptConn(s, ln, &lastPerIPErrorTime); err != nil {
          ......
      }
      //对应go原生的 go c.serve(ctx)
      if !wp.Serve(c) {
          ......
      }
      ......
    }
}
    在go原生的http.Server包中,当接收到新请求就会启动一个协程处理,而FastHTTP则使用协程池处理。

获取workerChan

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #156
func (wp *workerPool) getCh() *workerChan {
  var ch *workerChan
  createWorker := false

  wp.lock.Lock()
  ready := wp.ready
  n := len(ready) - 1
  if n < 0 {
    if wp.workersCount < wp.MaxWorkersCount {
      createWorker = true
      wp.workersCount++
    }
  } else {
    //从尾部获取Ch
    ch = ready[n]
    ready[n] = nil
    wp.ready = ready[:n]
  }
  wp.lock.Unlock()

  if ch == nil {
    //如果协程数超过上限,直接抛弃当前请求
    if !createWorker {
      return nil
    }
    vch := wp.workerChanPool.Get()
    if vch == nil {
      vch = &workerChan{
        ch: make(chan chan struct{}, workerChanCap),
      }
    }
    ch = vch.(*workerChan)
    //ch和协程绑定
    go func() {
      wp.workerFunc(ch)
      wp.workerChanPool.Put(vch)
    }()
  }
  return ch
}
    在go语言中不同协程之间的通讯使用 channel ,在协程池中也不例外,FastHTTP创建了一个协程,就会和一个workerChan绑定,使用方根据这个 workerChan 就可以使用协程池里的资源。从上面的代码可以看出,使用协程池的资源,都是先从Slice的尾部弹出 workerChan ,在把 workerChan 交给使用放,如果Slice没有 workerChan 就会创建。

把workerChan放入Slice尾部

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #194
func (wp *workerPool) release(ch *workerChan) bool {
  //用户清理
  ch.lastUseTime = time.Now()
  wp.lock.Lock()
  if wp.mustStop {
    wp.lock.Unlock()
    return false
  }
  //往尾部追加
  wp.ready = append(wp.ready, ch)
  wp.lock.Unlock()
  return true
}
    当协程完成工作后,就会把workerChan放回Slice尾部,以待其他请求使用。

定期清理过期workerChan

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #98
func (wp *workerPool) clean(scratch *[]*workerChan) {
  ......
  currentTime := time.Now()

  wp.lock.Lock()
  ready := wp.ready
  n := len(ready)
  i := 0
  for i < n && currentTime.Sub(ready[i].lastUseTime) > maxIdleWorkerDuration {
      i++
  }
  *scratch = append((*scratch)[:0], ready[:i]...)
  if i > 0 {
    m := copy(ready, ready[i:])
    for i = m; i < n; i++ {
      ready[i] = nil
    }
    wp.ready = ready[:m]
  }
  wp.lock.Unlock()

  ......
  tmp := *scratch
  for i, ch := range tmp {
    //让协程停止工作
    ch.ch <- nil
    tmp[i] = nil
  }
}
    定期清理是为了避免在常态下空闲的协程过多,加重了调度层的负担。使用按需创建协程池的方式存在这样一个问题,高峰期的时候创建了很多协程,高峰期过后很多协程处于空闲状态,这就造成了不必要的开销。所以需要一种过期机制。在这里数组栈(FILO)的优点也体现出来了,因为栈的特点不活跃的workerChan都放在了数组的头部,所以只需要从数组头部开始轮询,一直到找到未过期的workerChan,再把这部分清理掉,就达到清理的效果,并且不需要轮询整个数组。

收益有多少

    花了点时间对FastHTTP的协程池进行了压测代码
apple:gopool apple$ go test -bench=. -test.benchmem
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: study_go/gopool
BenchmarkNotPool-4                  10    4937881320 ns/op    107818560 B/op      401680 allocs/op
BenchmarkFastHttpPool-4             10     380807481 ns/op    13444607 B/op      169946 allocs/op
BenchmarkAntsPoll-4                 10     429482715 ns/op    20756724 B/op      302093 allocs/op
PASS
ok      study_go/gopool    72.891s
从上面的对比来看使用协程池的收益还不少。

结语

    FastHTTP协程池的实现方式是我所了解的几种实现中,性能是比较突出的,当然其他协程池的实现方式也很有学习参考价值,在这个过程中复习了链表,数组栈,环形队列的使用场景。收获颇多。

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