Web服务请求异步化测试

Author：放翁（文初）

Date: 2010/4/14

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这部分是结果，大家可以当看倒序的电影，后续会有前篇给出。

Web服务异步化：

         包括两部分，数据传输层异步化（大家已经熟知的NIO），Http业务请求异步化（continuations，servlet3.0）。服务异步处理我将会有一个详细的说明文档（服务异步化的概念，服务异步化的几种标准实现，服务异步化容器的特点），后续给出。

Web服务异步化测试原因：

         TOP应用特殊性：

1.自身服务能力由后端的服务能力决定。（对同步Web请求的转发）

2.后端服务部署等同性，但要求服务互不影响。

第一点导致TOP无法预估自身服务能力（不同后端服务处理速度下的TOP有不一样的支持能力），同时也无法应对在后端服务异常的情况下，整体的服务质量。

第二点导致TOP只有在物理上分隔不同服务提供者所对应的TOP集群（资源浪费，同时无法动态调整资源来满足服务变化情况）。

         因此需要对TOP实施web服务异步处理的测试。这里简单的说一下服务异步化的使用场景需要满足的几个特点：

1.       处理耗时大多消耗在于对后端或者外部服务资源的请求上。

2.       后端或者外部资源在更多的流量下不会成为瓶颈。

拿TOP来解释一下：TOP自身处理主要包括路由，安全，流控等，但是最耗时的是在请求后端各个淘宝团队的服务。其次当前后端服务能力尚未达到真实的处理高峰，因此很多请求被堵在TOP平台，特别是当某些服务异常的时候，另一些服务就会被拖累无法得到充分利用。（当然我们有流控，发现后端服务能力已经成为瓶颈的时候可以对单独服务作限制）。

长话短说，上测试结果……

环境说明：

Linux 2.6.9-55.ELsmp

4 Core

4 G Memory

JDK 1.6.0_07

测试工具：loadRunner 9.5

测试涉及到了四种容器部署：后面都会用缩写在测试结果上注明

1.       Apache + modjk + Jboss(后面缩写为Jboss)：

此模式Apache配置如下：

<IfModule mpm_worker_module>

ServerLimit          80

ThreadLimit          128

StartServers         10

MaxClients           10240

MinSpareThreads      64

MaxSpareThreads      800

ThreadsPerChild      128

MaxRequestsPerChild 10000

</IfModule>

   Jboss的web容器配置如下：

<Connector port="8009" address="${jboss.bind.address}" connectionTimeout="8000" protocol="AJP/1.3" maxThreads="500" minSpareThreads="40" maxSpareThreads="75" maxPostSize="512000" acceptCount="300" bufferSize="16384" emptySessionPath="false" enableLookups="false" redirectPort="8443" URIEncoding="utf-8"/>

Jboss的web部分以APR模式启动。

2.       Tomcat6（APR）

关键配置如下：

<Executor name="topThreadPool" namePrefix="top-exec-"

        maxThreads="500" minSpareThreads="40"/>

    <Connector port="7777" protocol="HTTP/1.1"

               executor="topThreadPool" connectionTimeout="20000" acceptCount="1000"

               redirectPort="8444" />

3.       Tomcat7 RC 4（APR）

关键配置如下：

    <Executor name="topThreadPool" namePrefix="top-exec-"

        maxThreads="500" minSpareThreads="4"/>

    <Connector executor="topThreadPool" port="3333" protocol="HTTP/1.1"

               connectionTimeout="20000" acceptCount="1000"

               redirectPort="6443" />

4.       Jetty7

关键配置如下：

<Set name="ThreadPool">

      <!-- Default queued blocking threadpool -->

      <New class="org.eclipse.jetty.util.thread.QueuedThreadPool">

        <Set name="minThreads">10</Set>

        <Set name="maxThreads">500</Set>

    </Set>

    <Call name="addConnector">

      <Arg>

          <New class="org.eclipse.jetty.server.nio.SelectChannelConnector">

            <Set name="host"><SystemProperty name="jetty.host" /></Set>

            <Set name="port"><SystemProperty name="jetty.port" default="6060"/></Set>

            <Set name="maxIdleTime">300000</Set>

            <Set name="Acceptors">2</Set>

            <Set name="statsOn">false</Set>

            <Set name="confidentialPort">8443</Set>

            <Set name="lowResourcesConnections">20000</Set>

            <Set name="lowResourcesMaxIdleTime">5000</Set>

          </New>

      </Arg>

    </Call>

附注：

Asyn表示异步模式，syn表示同步。Asyn中还分成resume和complete两种方式，后续在介绍技术背景的时候详细描述。

         对于服务端的load不是每一个测试都做了记录，选取了最全面的1500并发用户做了测试。

         最大服务请求处理数是通过应用自身实现，具体代码可以参考后面的代码附件。

测试结果如下：

场景1：500 并发用户场景下，后端服务一次请求消耗3秒钟

容器	模式	TPS	Average Response Time(s)	Average Throughput(byte/s)	最大请求处理数	Success rate
Jetty7	asyn(resume)	162.8	3.008	38430	500	100%
Tomcat6	syn	163.3	3.005	18453	500	100%

这个场景测试的目的是比较在线程池资源足够的时候，异步和同步的差别。（也就是TOP服务器所有的资源处于正常服务，前台请求没有因为前段连接被消耗完，导致服务质量降低）

         可以看到，在TPS和Response Time上两者基本上没有太大差别，TPS就等于500/3=167左右（3秒一个请求，因此用这种简单算式可以算出），响应时间也较为正常。当时我发现在每秒吞吐量上有些差别，后来单个测试case跑了一下，发现是返回的http header比较大，应该是在做异步化时重入等作的一些标识（后面其他容器的异步化也是一样）。

         最大处理请求数都在服务端后台看到是500，等同于最大的并发用户数。

场景2：1000 并发用户场景下，后端服务一次请求消耗3秒钟

容器	模式	TPS	Average Response Time(s)	Average Throughput(byte/s)	最大请求处理数	Success rate
Jetty7	asyn(resume)	317.06	3.036	74826	1000	100%
Tomcat6	syn	163.323	5.904	18455	500	100%

         场景2就在资源不足的情况下，比较异步服务请求与同步请求处理能力。（例如由于后端某些服务比较慢，导致前段的服务器能够承载的请求数目超过了线程数）

         这个场景的结果可以看到TPS在异步模式下与并发用户数呈现同步增长，就好比配置了1000个线程作为线程池一样，同样在后端打出的最大请求数上也证明了这一点，因此前段线程池的服务能力在异步的情况下充分复用（当然这里使用的异步服务处理使用的是NIO而不是BIO的Connector）。同样在吞吐量上依然是增加的，由于异步附加的内容。

场景3：1500 并发用户场景下，后端服务一次请求消耗3秒钟

容器	模式	TPS	Average Response Time(s)	Average Throughput(byte/s)	Server Load	Success rate
Jboss	syn	75.546	5.347	21002	0.115	68%
Jetty7	Syn	163.156	8.788	19252	0.129	100%
Jetty7	Asyn(complete)	432.153	3.312	76491	2.649	100%
Jetty7	Asyn(resume)	423.638	3.375	99979	2.826	100%
Tomcat6	Syn	163.836	8.75	18513	0.258	100%
Tomcat7	ASyn	423.501	3.328	54632	1.064	99.3%

场景三比对了现有TOP的部署模式（Apache + modjk + Jboss）和Jetty7的同步模式，两种异步模式，Tomcat同步模式，Tomcat的servlet3.0异步模式的处理情况。根据测试可以得到的信息如下：

1.              现有部署方式在后端服务处理耗时较大的情况下，处理能力不如Jetty7和Tomcat6，同时出错率很高。

2.              Jetty7的同步处理测试结果和Tomcat6的同步处理测试结果很类似，但是load方面jetty7更好。

3.              异步处理方面Jetty7的两种方式基本上差别不大（后续还需要深入源码看看对于数据缓存资源复用的状况），Tomcat7的异步处理成功率有些问题（错误多半是在获取response回写的时候，response已经被提前释放，看来Tomcat7还是需要一些时间来考验），load上来说tomcat结果比较好。

4.              异步请求在提高处理能力的情况下，对于资源消耗也较大（线程切换较为频繁），不过还是在承受范围。

三个场景组合比较：

容器	并发用户	模式	TPS	Average Response Time(s)	Average Throughput(byte/s)	Success rate
Jetty7	500	asyn(resume)	162.8	3.008	38430	100%
Jetty7	1000	asyn(resume)	317.06	3.036	74826	100%
Jetty7	1500	asyn(resume)	423.638	3.375	99979	100%
Tomcat6	500	syn	163.3	3.005	18453	100%
Tomcat6	1000	syn	163.323	5.904	18455	100%
Tomcat6	1500	Syn	163.836	8.75	18513	100%

最后将三个场景合并起来做一个简单的比较，得到信息如下：

1.       随着并发用户的增加，本身异步处理也会有衰减，同时对于性能消耗（线程切换）也会不断增长。

2.       异步化在消息头上会增加一些数据，会增加回写的带宽消耗（不过量不大），一个请求增加了100byte左右的消息数据。

测试总结：

1.       Web请求异步化在TOP很合适。

重复两个条件：

a.       处理耗时大多消耗在于对后端或者外部服务资源的请求上。

b.       后端或者外部资源在更多的流量下不会成为瓶颈。

2.       Web请求异步化在Jetty6到7上已经经历了2年多的成长（Google App Engine , Yahoo Hadoop），稳定性和效率较好。（同时很多优化可以通过扩展自行定制，jetty的可扩展性很好）Tomcat7在servlet3上处于刚发布阶段，还有待继续完善。（Servlet3的另一种模式尚未执行成功，直接导致jvm退出）

后续需要继续跟进的：

1.       对于大数据量请求的容器间性能对比。（图片上传或者大数据量的Post请求）

2.       容器安全性。（是否容易被攻击）

3.       代码迁移成本。

后续篇涉及：服务异步化的概念，服务异步化的几种标准实现，服务异步化容器的特点和实现，现有容器可优化的点。

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