最近一直在優(yōu)化行情推送系統(tǒng)，有不少優(yōu)化心得跟大家分享下。性能方面提升最明顯的是時(shí)延，在單節(jié)點(diǎn)8萬客戶端時(shí)，時(shí)延從1500ms優(yōu)化到40ms，這里是內(nèi)網(wǎng)mock客戶端的得到的壓測(cè)數(shù)據(jù)。

對(duì)于訂閱客戶端數(shù)沒有太執(zhí)著量級(jí)的測(cè)試，弱網(wǎng)絡(luò)下單機(jī)8w客戶端是沒問題的。當(dāng)前采用的是kubenetes部署方案，可靈活地?cái)U(kuò)展擴(kuò)容。

架構(gòu)圖

push-gateway是推送的網(wǎng)關(guān)，有這么幾個(gè)功能：第一點(diǎn)是為了做鑒權(quán)；第二點(diǎn)是為了做接入多協(xié)議，我們這里實(shí)現(xiàn)了websocket, grpc, grpc-web，sse的支持；第三點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)策略調(diào)度及親和綁定等。

push-server 是推送服務(wù)，這里維護(hù)了訂閱關(guān)系及監(jiān)聽mq的新消息，繼而推送到網(wǎng)關(guān)。

問題一：并發(fā)操作map帶來的鎖競(jìng)爭(zhēng)及時(shí)延

推送的服務(wù)需要維護(hù)訂閱關(guān)系，一般是用嵌套的map結(jié)構(gòu)來表示，這樣造成map并發(fā)競(jìng)爭(zhēng)下帶來的鎖競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)延高的問題。

// xiaorui.cc 
{"topic1": {"uuid1": client1, "uuid2": client2}, "topic2": {"uuid3": client3,  "uuid4": client4}   ... } 

已經(jīng)根據(jù)業(yè)務(wù)拆分了4個(gè)map，但是該訂閱關(guān)系是嵌套的，直接上鎖會(huì)讓其他協(xié)程都阻塞，阻塞就會(huì)造成時(shí)延高。

加鎖操作map本應(yīng)該很快，為什么會(huì)阻塞？上面我們有說過該map是用來存topic和客戶端列表的訂閱關(guān)系，當(dāng)我進(jìn)行推送時(shí)，必然是需要拿到該topic的所有客戶端，然后進(jìn)行一個(gè)個(gè)的send通知。（這里的send不是io.send，而是chan send，每個(gè)客戶端都綁定了緩沖的chan）

解決方法：在每個(gè)業(yè)務(wù)里劃分256個(gè)map和讀寫鎖，這樣鎖的粒度降低到1/256。除了該方法，開始有嘗試過把客戶端列表放到一個(gè)新的slice里返回，但造成了 GC 的壓力，經(jīng)過測(cè)試不可取。

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sync.RWMutex
map[string]map[string]client

改成這樣

m *shardMap.shardMap

分段map的庫已經(jīng)推到github^[1]了，有興趣的可以看看。

問題二：串行消息通知改成并發(fā)模式

簡(jiǎn)單說，我們?cè)谕扑头?wù)維護(hù)了某個(gè)topic和1w個(gè)客戶端chan的映射，當(dāng)從mq收到該topic消息后，再通知給這1w個(gè)客戶端chan。

客戶端的chan本身是有大buffer，另外發(fā)送的函數(shù)也使用 select default 來避免阻塞。但事實(shí)上這樣串行發(fā)送chan耗時(shí)不小。對(duì)于channel底層來說，需要goready等待channel的goroutine，推送到runq里。

下面是我寫的benchmark^[2]，可以對(duì)比串行和并發(fā)的耗時(shí)對(duì)比。在mac下效果不是太明顯，因?yàn)閙ac cpu頻率較高，在服務(wù)器里效果明顯。

串行通知，拿到所有客戶端的chan，然后進(jìn)行send發(fā)送。

for _, notifier := range notifiers {
    s.directSendMesg(notifier, mesg)
}

并發(fā)send，這里使用協(xié)程池來規(guī)避morestack的消耗，另外使用sync.waitgroup里實(shí)現(xiàn)異步下的等待。

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notifiers := []*mapping.StreamNotifier{}
// conv slice
for _, notifier := range notifierMap {
    notifiers = append(notifiers, notifier)
}


// optimize: direct map struct
taskChunks := b.splitChunks(notifiers, batchChunkSize)


// concurrent send chan
wg := sync.WaitGroup{}
for _, chunk := range taskChunks {
    chunkCopy := chunk // slice replica
    wg.Add(1)
    b.SubmitBlock(
        func() {
            for _, notifier := range chunkCopy {
                b.directSendMesg(notifier, mesg)
            }
            wg.Done()
        },
    )
}
wg.Wait()

按線上的監(jiān)控表現(xiàn)來看，時(shí)延從200ms降到30ms。這里可以做一個(gè)更深入的優(yōu)化，對(duì)于少于5000的客戶端，可直接串行調(diào)用，反之可并發(fā)調(diào)用。

問題三：過多的定時(shí)器造成cpu開銷加大

行情推送里有大量的心跳檢測(cè)，及任務(wù)時(shí)間控速，這些都依賴于定時(shí)器。go在1.9之后把單個(gè)timerproc改成多個(gè)timerproc，減少了鎖競(jìng)爭(zhēng)，但四叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)間復(fù)雜度依舊復(fù)雜，高精度引起的樹和鎖的操作也依然頻繁。

所以，這里改用時(shí)間輪解決上述的問題。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改用簡(jiǎn)單的循環(huán)數(shù)組和map，時(shí)間的精度弱化到秒的級(jí)別，業(yè)務(wù)上對(duì)于時(shí)間差是可以接受的。

Golang時(shí)間輪的代碼已經(jīng)推到github^[3]了，時(shí)間輪很多方法都兼容了golang time原生庫。有興趣的可以看下。

問題四：多協(xié)程讀寫chan會(huì)出現(xiàn)send closed panic的問題

解決的方法很簡(jiǎn)單，就是不要直接使用channel，而是封裝一個(gè)觸發(fā)器，當(dāng)客戶端關(guān)閉時(shí)，不主動(dòng)去close chan，而是關(guān)閉觸發(fā)器里的ctx，然后直接刪除topic跟觸發(fā)器的映射。

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// 觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)
type StreamNotifier struct {
    Guid  string
    Queue chan interface{}


    closed int32
    ctx    context.Context
    cancel context.CancelFunc
}


func (sc *StreamNotifier) IsClosed() bool {
    if sc.ctx.Err() == nil {
        return false
    }
    return true
}

...

問題五：提高grpc的吞吐性能

grpc是基于http2協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的，http2本身實(shí)現(xiàn)流的多路復(fù)用。通常來說，內(nèi)網(wǎng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用單連接就可以跑滿網(wǎng)絡(luò)帶寬，無性能問題。但在golang里實(shí)現(xiàn)的grpc會(huì)有各種鎖競(jìng)爭(zhēng)的問題。

如何優(yōu)化？多開grpc客戶端，規(guī)避鎖競(jìng)爭(zhēng)的沖突概率。測(cè)試下來qps提升很明顯，從8w可以提到20w左右。

可參考以前寫過的grpc性能測(cè)試^[4]。

問題六：減少協(xié)程數(shù)量

有朋友認(rèn)為等待事件的協(xié)程多了無所謂，只是占內(nèi)存，協(xié)程拿不到調(diào)度，不會(huì)對(duì)runtime性能產(chǎn)生消耗。這個(gè)說法是錯(cuò)誤的。雖然拿不到調(diào)度，看起來只是占內(nèi)存，但是會(huì)對(duì) GC 有很大的開銷。所以，不要開太多的空閑的協(xié)程，比如協(xié)程池開的很大。

在推送的架構(gòu)里，push-gateway到push-server不僅幾個(gè)連接就可以，且?guī)资畟€(gè)stream就可以。我們自己實(shí)現(xiàn)大量消息在十幾個(gè)stream里跑，然后調(diào)度通知。在golang grpc streaming的實(shí)現(xiàn)里，每個(gè)streaming請(qǐng)求都需要一個(gè)協(xié)程去等待事件。所以，共享stream通道也能減少協(xié)程的數(shù)量。

問題七：GC 問題

對(duì)于頻繁創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)體采用sync.Pool進(jìn)行緩存。有些業(yè)務(wù)的緩存先前使用list鏈表來存儲(chǔ)，在不斷更新新數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)不斷的創(chuàng)建新對(duì)象，對(duì) GC 造成影響，所以改用可復(fù)用的循環(huán)數(shù)組來實(shí)現(xiàn)熱緩存。

后記

有坑不怕，填上就可以了。

參考資料