继续了解Java的纤程库

前一篇文章Java中的纤程库 – Quasar中我做了简单的介绍，现在进一步介绍这个纤程库。

Quasar还没有得到广泛的应用，搜寻整个github也就pinterest/quasar-thrift这么一个像样的使用Quasar的库，并且官方的文档也很简陋，很多地方并没有详细的介绍，和Maven的集成也不是很好。这些都限制了Quasar的进一步发展。

但是，作为目前最好用的Java coroutine的实现，它在某些情况下的性能还是表现相当出色的，希望这个项目能够得到更大的支持和快速发展。

因为Quasar文档的缺乏，所以使用起来需要不断的摸索和在论坛上搜索答案，本文将一些记录了我在Quasar使用过程中的一些探索。

1 Thread vs Quasar

虽然Java的线程的API封装的很好，使用起来非常的方便，但是使用起来也得小心。首先线程需要耗费资源，所以单个的机器上创建上万个线程很困难，其次线程之间的切换也需要耗费CPU,在线程非常多的情况下导致很多CPU资源耗费在线程切换上，通过提高线程数来提高系统的性能有时候适得其反。你可以看到现在一些优秀的框架如Netty都不会创建很多的线程，默认2倍的CPU core的线程数就已经应付的很好了，比如node.js可以使用单一的进程／线程应付高并发。

纤程使用的资源更少，它主要保存栈信息，所以一个系统中可以创建上万的纤程Fiber，而实际的纤程调度器只需要几个Java线程即可。

我们看一个性能的比较，直观的感受一下Quasar带来的吞吐率的提高。

下面这个例子中方法m1调用m2,m2调用m3，但是m2会暂停1秒钟，用来模拟实际产品中的阻塞，m3执行了一个简单的计算。
通过线程和纤程两种方式我们看看系统的吞吐率(throughput)和延迟(latency)。

public class Helloworld {

@Suspendable

static void m1() throws InterruptedException, SuspendExecution {

String m = "m1";

//System.out.println("m1 begin");

m = m2();

//System.out.println("m1 end");

//System.out.println(m);

}

static String m2() throws SuspendExecution, InterruptedException {

String m = m3();

Strand.sleep(1000);

return m;

}

//or define in META-INF/suspendables

@Suspendable

static String m3() {

List l = Stream.of(1,2,3).filter(i -> i%2 == 0).collect(Collectors.toList());

return l.toString();

}

static public void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

int count = 10000;

testThreadpool(count);

testFiber(count);

}

static void testThreadpool(int count) throws InterruptedException {

final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);

ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(200);

LongAdder latency = new LongAdder();

long t = System.currentTimeMillis();

for (int i =0; i< count; i++) {

es.submit(() -> {

long start = System.currentTimeMillis();

try {

m1();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

} catch (SuspendExecution suspendExecution) {

suspendExecution.printStackTrace();

}

start = System.currentTimeMillis() - start;

latency.add(start);

latch.countDown();

});

}

latch.await();

t = System.currentTimeMillis() - t;

long l = latency.longValue() / count;

System.out.println("thread pool took: " + t + ", latency: " + l + " ms");

es.shutdownNow();

}

static void testFiber(int count) throws InterruptedException {

final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);

LongAdder latency = new LongAdder();

long t = System.currentTimeMillis();

for (int i =0; i< count; i++) {

new Fiber<Void>("Caller", new SuspendableRunnable() {

@Override

public void run() throws SuspendExecution, InterruptedException {

long start = System.currentTimeMillis();

m1();

start = System.currentTimeMillis() - start;

latency.add(start);

latch.countDown();

}

}).start();

}

latch.await();

t = System.currentTimeMillis() - t;

long l = latency.longValue() / count;

System.out.println("fiber took: " + t + ", latency: " + l + " ms");

}

运行这个程序(需要某种instrument, agent或者AOT或者其它，在下面会介绍)，输出结果为：

1 2	`thread pool took: 50341, latency: 1005 ms` `fiber took: 1158, latency: 1000 ms`

如果使用线程，执行完1万个操作需要50秒，平均延迟为1秒左右(我们故意让延迟至少1秒)，线程池数量为200。(其实总时间50秒可以计算出来)
但是如果使用纤程，执行完1万个操作仅需要1.158秒，平均延迟时间为1秒，线程数量为CPU core数(缺省使用ForkJoinPool)。

可以看到，通过使用纤程，尽受限于系统的业务逻辑，我们没有办法提升业务的处理时间，但是我们确可以极大的提高系统的吞吐率，如上面的简单的例子将10000个操作的处理时间从50秒提高到1秒，非凡的成就。

如果我们将方法m2中的Strand.sleep(1000);注释掉，这样这个例子中就没有什么阻塞了，我们看看在这种纯计算的情况下两者的表现：

1 2	`thread pool took: 114, latency: 0 ms` `fiber took: 180, latency: 0 ms`

可以看到，纤程非但没有提升性能，反而会带来性能的下降。对于这种纯计算没有阻塞的case,Quasar并不适合。

正如官方所说：

Fibers are not meant to replace threads in all circumstances. A fiber should be used when its body (the code it executes) blocks very often waiting on other fibers (e.g. waiting for messages sent by other fibers on a channel, or waiting for the value of a dataflow-variable). For long-running computations that rarely block, traditional threads are preferable. Fortunately, as we shall see, fibers and threads interoperate very well.

2 Suspendable方法

Fiber中的run方法，如SuspendableRunnable 和 SuspendableCallable声明了SuspendExecution异常。这并不是一个真的异常，而是fiber内部工作的机制。任何运行在fiber中的可能阻塞的方法，如果声明了这个异常，就被叫做 suspendable 方法。如果你的方法调用了一个suspendable方法，那么你的方法也是suspendable方法，所以也需要声明抛出SuspendExecution异常。

有时候不能在某个方法上声明抛出SuspendExecution异常，比如你实现某个接口，你不能更改接口的方法声明，你不得不使用其它的方法来指定suspendable方法。方法之一就是使用@Suspendable注解，在你需要指定的suspendable方法上加上这个注解就可以告诉Quasar这个方法是suspendable方法。

另一个情况就是对于第三的库，你不可能更改它们的代码，如果想指定这些库的某些方法是suspendable方法,比如java.net.URL.openStream()Ljava/io/InputStream;, 就需要另外一种解决办法，也就是在META-INF/suspendables和META-INF/suspendable-supers定义。
文件中每个方法占一行，具体(concrete)的suspendable方法应该写在META-INF/suspendables中，non-suspendable方法，但是有suspendable override的类、接口写在META-INF/suspendable-supers中(可以是具体类单不能是final, 接口和抽象类也可以)。
每一行应该是方法的签名的全称“full.class.name.methodName” 以及*通配符。
使用｀SuspendablesScanner｀可以自动增加你的方法到这些文件中，待会介绍它。

java.lang包下的方法不能标记为suspendable，其它的JDK方法则可以显示地在文件META-INF/suspendables和META-INF/suspendable-supers中标记为suspendable，并且设置环境变量co.paralleluniverse.fibers.allowJdkInstrumentation为true,但是很少这样使用。

还有一些特殊的情况也会被认为是suspendable的。

反射调用总是被看作是suspendable的。

Java 8 lambda也总是被看作suspendable的。

构造函数／类初始化器不能被标记为suspendable。

缺省情况下synchronized和blocking thread 调用不能运行在Fiber中。这是因为它们会阻塞Fiber使用的线程，导致系统处理变慢，但是如果你非要在Fiber中使用它们，可以可以将allowMonitors和allowBlocking传给instrumentation Ant task，或者将b、m传给Quasar Java agent。

3 Maven配置

Quasar依赖字节码的instrumentation, instrumentation用来修改字节码。 Quasar可以在运行时或者编译时修改字节码，下面介绍这几种实现。

1、Quasar Java Agent
Quasar java agent可以在运行时动态修改字节码，将下面一行加搭配java命令行中即可，注意把path-to-quasar-jar.jar替换成你实际的quasar java的地址。

1	`-javaagent:path-to-quasar-jar.jar`

如果你使用maven的exec task，你可以使用maven-dependency-plugin为依赖设置properties，然后在插件exec-maven-plugin中引用quasar库即可。

详细配置可以参考Specifying the Java Agent with Maven:。

Quasar对gradle的支持比较好，你可以方便的使用gradle配置。

这是首选的一种方式，因为在某些情况下，比如你使用第三方的库，如comsat,它们只能使用这种方式配置。

2、AOT(Ahead-of-Time)
另外一种是在编译时的时候完成instrumentation。

它是通过一个Ant Task来完成的，所以对于Maven管理的项目来说，配置起来有些麻烦。

这个Ant Task是co.paralleluniverse.fibers.instrument.InstrumentationTask，包含在quasar-core.jar中。它接受一组(fileset)classes进行instrument,但并不是传给它的所有classes都需要classes进行instrument,只有suspendable方法才有可能被instrument。它还会进行优化，有些suspendable方法可能不需要instrument。

在Maven中配置起来有些复杂，如下面所示：

<plugin>

<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>

<artifactId>maven-antrun-plugin</artifactId>

<executions>

<execution>

<id>instrument-classes</id>

<phase>compile</phase>

<configuration>

<tasks>

<property name="ant_classpath" refid="maven.dependency.classpath"/>

<taskdef name="instrumentationTask"

classname="co.paralleluniverse.fibers.instrument.InstrumentationTask"

classpath="${co.paralleluniverse:quasar-core:jar:jdk8}"/>

<instrumentationTask allowMonitors="true" allowBlocking="true" check="true" verbose="true" debug="true">

<fileset dir="${project.build.directory}/classes/" includes="**/*"/>

</instrumentationTask>

</tasks>

</configuration>

<goals>

<goal>run</goal>

</goals>

</execution>

</executions>

</plugin>

<plugin>

<artifactId>maven-dependency-plugin</artifactId>

<version>2.5.1</version>

<executions>

<execution>

<id>getClasspathFilenames</id>

<goals>

<goal>properties</goal>

</goals>

</execution>

</executions>

</plugin>

Quasar官方并没有提供一个maven插件，好心的社区倒是提供了一个quasar-maven-plugin。所以你可以不用上面的写法，而是用下面简单的写法：

<plugin>

<groupId>com.vlkan</groupId>

<artifactId>quasar-maven-plugin</artifactId>

<version>0.7.3</version>

<configuration>

<check>true</check>

<debug>true</debug>

<verbose>true</verbose>

</configuration>

<executions>

<execution>

<phase>compile</phase>

<goals>

<goal>instrument</goal>

</goals>

</execution>

</executions>

</plugin>

3、在Web容器中
如果你使用web容器使用基于Quasar的库comsat等，比如Tomcat,则比较棘手。因为你不太像将Quasar java agent直接加到tomcat的启动脚本中，这样会instrument所有的应用，导致很多的警告。

Comsat提供了Tomcat和Jetty的解决方案。

Tomcat
对于tomcat,你可以把comsat-tomcat-loader-0.7.0-jdk8.jar或者comsat-tomcat-loader-0.7.0.jar加入到tomcat的common/lib或者lib中，然后在你的web应用META-INF/context.xml中加入：

1	`<Loader` `loaderClass="co.paralleluniverse.comsat.tomcat.QuasarWebAppClassLoader"` `/>`

Jetty
如果使用Jetty,则把comsat-jetty-loader-0.7.0-jdk8.jar或者comsat-jetty-loader-0.7.0.jar加入到Jetty的lib中，然后在你的context.xml中加入<Set name="classLoader">:

<Configure id="ctx" class="org.eclipse.jetty.webapp.WebAppContext">

<Set name="war">./build/wars/dep.war</Set>

<Set name="classLoader">

<New class="co.paralleluniverse.comsat.jetty.QuasarWebAppClassLoader">

<Arg>

<Ref id="ctx"/>

</Arg>

</New>

</Set>

</Configure>

总之，通过实现一个定制的ClassLoader实现instrumentation。

4 Auto Suspendables Detection

quasar提供了一个ant task,可以实现自动侦测suspendable方法，并可以把它们写入到｀META-INF/suspendables和META-INF/suspendable-supers`。

但是官方并没有详细的介绍，而且也没有相应的maven插件可以使用。

我们可以看看在gradle如何使用的，我们可以把侦测结果复制到maven中使用：

apply plugin: 'java'

apply plugin: 'maven'

group = 'com.colobu.fiber'

version = '1.0'

description = """"""

sourceCompatibility = 1.8

targetCompatibility = 1.8

repositories {

maven { url "http://repo.maven.apache.org/maven2" }

}

dependencies {

compile group: 'co.paralleluniverse', name: 'quasar-core', version:'0.7.5', classifier:'jdk8'

compile group: 'co.paralleluniverse', name: 'comsat-httpclient', version:'0.7.0'

testCompile group: 'junit', name: 'junit', version:'4.12'

}

classes {

doFirst {

ant.taskdef(name: 'scanSuspendables',

classname: 'co.paralleluniverse.fibers.instrument.SuspendablesScanner',

classpath: "build/classes/main:build/resources/main:${configurations.runtime.asPath}")

ant.scanSuspendables(auto: true,

suspendablesFile: "$sourceSets.main.output.resourcesDir/META-INF/suspendables",

supersFile: "$sourceSets.main.output.resourcesDir/META-INF/suspendable-supers",

append: true) {

fileset(dir: sourceSets.main.output.classesDir)

}

我们可以看一下官方的库comsat的一些｀META-INF/suspendables`例子：

1、comsat-okhttp
/META-INF/suspendables:

1	`com.squareup.okhttp.apache.OkApacheClient.execute`

2、comsat-httpclient
/META-INF/suspendables

1 2	`org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient.doExecute` `org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient.execute`

5 故障检测

当前quasar依赖字节码的instrumentation,所以suspendable方法必须在运行之前进行标记。

Quasar开发组和OpenJDK协作，将在JDK9中移除这个限制，将会有效地自动地实现instrumentation。

如果你忘记将一个方法标记为suspendable (throws SuspendExecution、@Suspendable或者META-INF/suspendables/META-INF/suspendable-supers)，你可能会遇到一些奇怪的错误。

环境变量co.paralleluniverse.fibers.verifyInstrumentation设为true可以检查未标记的方法。但是在生产环境中不要设置它。

UnableToInstrumentException异常表明quasar不能instrument一些方法如synchronized或者阻塞的线程调用。verbose(v), debug(d) 和 check(c)可以打印出详细信息。

更多的调试可以参考:troubleshooting。

6 其它

Fiber可以序列化。

Fiber也可以打印它的堆栈进行调试。

Fiber也有Actor和Channel的实现，并且可以运行在集群上。

转自：

http://www.importnew.com/23314.html

http://docs.paralleluniverse.co/quasar/#specifying-the-java-agent-with-gradle

附：

         <!-- quasar-core -->

         <dependency>

             <groupId>co.paralleluniverse</groupId>

             <artifactId>quasar-core</artifactId>

             <version>${quasar.version}</version>

         </dependency>

         <!-- comsat-httpclient -->

         <dependency>

             <groupId>co.paralleluniverse</groupId>

             <artifactId>comsat-httpclient</artifactId>

             <version>${comsat.version}</version>

         </dependency>

         <!-- comsat-spring-boot -->

         <dependency>

             <groupId>co.paralleluniverse</groupId>

             <artifactId>comsat-spring-boot</artifactId>

             <version>${comsat.version}</version>

             <exclusions>

                 <exclusion>

                     <groupId>org.slf4j</groupId>

                     <artifactId>log4j-over-slf4j</artifactId>

                 </exclusion>

             </exclusions>

         </dependency>