浅析 Jetty 中的线程优化思路

,Jetty 跟 Tomcat 一样是一种 Web 容器，它的总体架构设计如下：,Jetty 总体上由一系列 Connector、一系列 Handler 和一个 ThreadPool组成。,,Connector 也就是 Jetty 的连接器组件，相比较 Tomcat 的连接器，Jetty 的连接器在设计上有自己的特点。,Jetty 的 Connector 支持 NIO 通信模型，NIO 模型中的主角是 Selector，Jetty 在 Java 原生 Selector 的基础上封装了自己的 Selector：ManagedSelector。,常规的 NIO 编程思路是将 I/O 事件的侦测和请求的处理分别用不同的线程处理。,具体过程是：,这个过程有两个线程在干活：一个是 I/O 事件检测线程、一个是 I/O 事件处理线程。,这两个线程是”生产者“和”消费者“的关系。,这样设计的好处：,将两个工作用不同的线程处理，好处是它们互不干扰和阻塞对方。,这样设计的缺陷：,当 Selector 检测读就绪事件时，数据已经被拷贝到内核中的缓存了，同时 CPU 的缓存中也有这些数据了。,这时当应用程序去读这些数据时，如果用另一个线程去读，很有可能这个读线程使用另一个 CPU 核，而不是之前那个检测数据就绪的 CPU 核。,这样 CPU 缓存中的数据就用不上了，并且线程切换也需要开销。,Jetty 的 Connector 将 I/O 事件的生产和消费放到同一个线程处理。,如果执行过程中线程不阻塞，操作系统会用同一个 CPU 核来执行这两个任务，这样既能充分利用 CPU 缓存，又可以减少线程上下文切换的开销。,ManagedSelector 本质上是一个 Selector，负责 I/O 事件的检测和分发。,为了方便使用，Jetty 在 Java 原生 Selector 的基础上做了一些扩展，它的成员变量如下：,2.2.1 SelectorUpdate 接口,为什么需要一个”Selector更新任务”队列呢？,对于 Selector 的用户来说，我们对 Selector 的操作无非是将 Channel 注册到 Selector 或者告诉 Selector 我对什么 I/O 事件感兴趣。,这些操作其实就是对 Selector 状态的更新，Jetty 把这些操作抽象成 SelectorUpdate 接口。,这意味着不能直接操作 ManagedSelector 中的 Selector，而是需要向 ManagedSelector 提交一个任务类。,这个类需要实现 SelectorUpdate 接口的 update 方法，在 update 方法中定义要对 ,ManagedSelector 做的操作。,比如 Connector 中的 Endpoint 组件对读就绪事件感兴趣。,它就向 ManagedSelector 提交了一个内部任务类,ManagedSelector.SelectorUpdate：,这个 _updateKeyAction 就是一个,SelectorUpdate 实例，它的 update 方法实现如下：,在 update 方法里，调用了 SelectionKey 类的 interestOps 方法，传入的参数是 OP_READ，意思是我对这个 Channel 上的读就绪事件感兴趣。,2.2.2 Selectable 接口,上面有了 update 方法，那谁来执行这些 update 呢，答案是 ManagedSelector 自己。,它在一个死循环里拉取这些 SelectorUpdate 任务逐个执行。,I/O 事件到达时，ManagedSelector 通过一个任务类接口（Selectable 接口）来确定由哪个函数处理这个事件。,Selectable 接口的 onSelected() 方法返回一个 Runnable，这个 Runnable 就是 I/O 事件就绪时相应的处理逻辑。,ManagedSelector 在检测到某个 Channel 上的 I/O 事件就绪时，ManagedSelector 调用这个 Channel 所绑定的类的 onSelected 方法来拿到一个 Runnable。,然后把 Runnable 扔给线程池去执行。,前面介绍了 ManagedSelector 的使用交互：,那么 ManagedSelector 如何统一管理和维护用户注册的 Channel 集合呢，答案是,ExecutionStrategy 接口。,这个接口将具体任务的生产委托给内部接口 Producer，而在自己的 produce 方法里实现具体执行逻辑。,这个 Runnable 的任务可以由当前线程执行，也可以放到新线程中执行。,实现 Produce 接口生产任务，一旦任务生产出来，ExecutionStrategy 会负责执行这个任务。,SelectorProducer 是 ManagedSelector 的内部类。,SelectorProducer 实现了 ExecutionStrategy 中的 Producer 接口中的 produce 方法，需要向 ExecutionStrategy 返回一个 Runnable。,在 produce 方法中 SelectorProducer 主要干了三件事：,3.2.1 ProduceConsume(PC) 线程执行策略,任务生产者自己依次生产和执行任务，对应到 NIO 通信模型就是用一个线程来侦测和处理一个 ManagedSelector 上的所有的 I/O 事件。,后面的 I/O 事件要等待前面的 I/O 事件处理完，效率明显不高。,
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,图中，绿色代表生产一个任务，蓝色代表执行这个任务，下同。,3.2.2 ProduceExecuteConsume(PEC) 线程执行策略,任务生产者开启新线程来执行任务，这是典型的 I/O 事件侦测和处理用不同的线程来处理。,缺点是不能利用 CPU 缓存，并且线程切换成本高。,,图中，棕色代表线程切换，下同。,3.2.3 ExecuteProduceConsume(EPC) 线程执行策略,任务生产者自己运行任务，这种方式可能会新建一个新的线程来继续生产和执行任务。,它的优点是能利用 CPU 缓存，但是潜在的问题是如果处理 I/O 事件的业务代码执行时间过长，会导致线程大量阻塞和线程饥饿。,,3.2.4 EatWhatYouKill(EWYK) 改良线程执行策略,这是 Jetty 对 ExecuteProduceConsume 策略的改良，在线程池线程充足的情况下等同于 ExecuteProduceConsume；,当系统比较忙线程不够时，切换成 ProduceExecuteConsume 策略。,这么做的原因是：,ExecuteProduceConsume 是在同一线程执行 I/O 事件的生产和消费，它使用的线程来自 Jetty 全局的线程池，这些线程有可能被业务代码阻塞，如果阻塞的多了，全局线程池中线程自然就不够用了，最坏的情况是连 I/O 事件的侦测都没有线程可用了，会导致 Connector 拒绝浏览器请求。,于是 Jetty 做了一个优化：,在低线程情况下，就执行,ProduceExecuteConsume 策略，I/O 侦测用专门的线程处理， I/O 事件的处理扔给线程池处理，其实就是放到线程池的队列里慢慢处理。,本文基于 Jetty-9 介绍了 ManagedSelector 和 ExecutionStrategy 的设计实现，介绍了 PC、PEC、EPC 三种线程执行策略的差异，从 Jetty 对线程执行策略的改良操作中可以看出，Jetty 的线程执行策略会优先使用 EPC 使得生产和消费任务能够在同一个线程上运行，这样做可以充分利用热缓存，避免调度延迟。,这给我们做性能优化也提供了一些思路：,参考文档：