利用分区概念增强阻塞队列吞吐量

LinkedBlockingQueue 是很优秀的阻塞队列实现,某些资料显示可以达到50w QPS左右,其读写使用两把锁,但底层使用ReentrantLock 进行阻塞,虽然也是基于CAS原理,但多线程操作时不可避免也有等待时间,所以在考虑想如何进一步提升其吞吐量和QPS,联想了分段锁和kafka分区后,觉得可以增加队列数量降低锁等待的概率,例如10个线程同时获取一个队列的写锁,其中9个线程在等待。但分成10个队列去存储数据,那么每把锁可能就没有锁竞争或者只有两、三个线程参与同一把锁竞争,可以大大降低锁等待时间。

普通入队实现:




import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class BlockQueue {

    private  LinkedBlockingQueue<String> queue  = null ;

    public  void init(int size){
        queue = new LinkedBlockingQueue( size ) ;
    }


    public  void offer (String data){
        queue.offer(data) ;
    }
}


分区入队实现:



import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class PartitionBlockQueue {

   private   LinkedBlockingQueue<String>[] queue  = null ;

   public  void init(int size , int partition ){
       queue  = new LinkedBlockingQueue[partition]   ;
       for(int i = 0 ;i< partition ;i++){
           queue[i] = new LinkedBlockingQueue<>(size/partition);
       }

   }


   public  void offer (String data){
      int idx =  Math.abs(data.hashCode())%queue.length;
      queue[idx].offer(data);
   }

}

测试代码,多线程执行1000w个元素入队

  public static void testNormalBlock(int queueSize , int thread) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis() ;
        BlockQueue b = new BlockQueue();
        b.init(queueSize);
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(thread);
        for(int i=0;i<thread;i++){

            Thread t =   new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"Thread run"  );
                for(int ix = 0 ;ix< queueSize/thread ;ix++){
                    b.offer(String.valueOf(ix));
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"Thread end"  );
                countDownLatch.countDown();

            });
            t.start();
        }
        countDownLatch.await();
        long end =  System.currentTimeMillis() ;
        System.out.println((end -  start)+" ms" );
    }

    public static void testPartitionBlock(int queueSize , int partition ,int thread) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis() ;
        PartitionBlockQueue pb = new PartitionBlockQueue();
        pb.init(queueSize,partition);
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(thread);
        for(int i=0;i<thread;i++){

            Thread t =   new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"Thread run"  );
                for(int ix = 0 ;ix< queueSize/thread ;ix++){
                    pb.offer(String.valueOf(ix));
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"Thread end"  );
                countDownLatch.countDown();

            });
            t.start();
        }
        countDownLatch.await();
        long end =  System.currentTimeMillis() ;
        System.out.println((end -  start)+" ms" );
    }

运行结果

       testNormalBlock

        /*
         threads 10   -> 4121 ms 5472 ms  5229 ms 5218 ms
         threads 20   -> 3841 ms 5058 ms  4967 ms 5155 ms
         threads 50  ->  5359 ms  5590 ms 5308 ms
         threads 100  ->  5168 ms  5188 ms 5551 ms
         */
        testPartitionBlock
        /*
          Threads 10 partition 10 ->  2171 ms 2210 ms  2114 ms  2150 ms
          Threads 20 partition 10 ->2051 ms 1914 ms  1957 ms  1966 ms
          threads 50 parttion 10 ->   2290 ms 2326 ms  2373 ms  2435 ms
          threads 100 parttion 10 -> 1854 ms 2415 ms 2636 ms  2417 ms

          Threads 10 partition 20 ->868 ms 839 ms  905 ms
          Threads 20 partition 20 ->904 ms 1745 ms  1745 ms

        */

结论:使用分区后性能提升很大,吞吐量数倍提升。且随着分区数增大

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