一次突發流量引起的 Dubbo 服務擁堵!


作者:nxlhero
來源:https://blog.51cto.com/nxlhero/2515849

文章內容結構

第一部分介紹生產上出現Dubbo服務擁堵的情況,以及Dubbo官方對於單個長連接的使用建議。

第二部分介紹Dubbo在特定配置下的通信過程,輔以代碼。

第三部分介紹整個調用過程中與性能相關的一些參數。

第四部分通過調整連接數和TCP緩沖區觀察Dubbo的性能。

一、背景

生產擁堵回顧

近期在一次生產發布過程中,因為突發的流量,出現了擁堵。系統的部署圖如下,客戶端通過Http協議訪問到Dubbo的消費者,消費者通過Dubbo協議訪問服務提供者。這是單個機房,8個消費者3個提供者,共兩個機房對外服務。

在發布的過程中,摘掉一個機房,讓另一個機房對外服務,然后摘掉的機房發布新版本,然后再互換,最終兩個機房都以新版本對外服務。問題就出現單機房對外服務的時候,這時候單機房還是老版本應用。以前不知道晚上會有一個高峰,結果當晚的高峰和早上的高峰差不多了,單機房扛不住這么大的流量,出現了擁堵。這些流量的特點是並發比較高,個別交易返回報文較大,因為是一個產品列表頁,點擊后會發送多個交易到后台。

在問題發生時,因為不清楚狀態,先切到另外一個機房,結果也擁堵了,最后整體回退,折騰了一段時間沒有問題了。當時有一些現象:

(1)提供者的CPU內存等都不高,第一個機房的最高CPU 66%(8核虛擬機),第二個機房的最高CPU 40%(16核虛擬機)。消費者的最高CPU只有30%多(兩個消費者結點位於同一台虛擬機上)

(2)在擁堵的時候,服務提供者的Dubbo業務線程池(下面會詳細介紹這個線程池)並沒滿,最多到了300,最大值是500。但是把這個機房摘下后,也就是沒有外部的流量了,線程池反而滿了,而且好幾分鍾才把堆積的請求處理完。

(3)通過監控工具統計的每秒進入Dubbo業務線程池的請求數,在擁堵時,時而是0,時而特別大,在日間正常的時候,這個值不存在為0的時候。

事故原因猜測

當時其他指標沒有檢測到異常,也沒有打Dump,我們通過分析這些現象以及我們的Dubbo配置,猜測是在網絡上發生了擁堵,而影響擁堵的關鍵參數就是Dubbo協議的連接數,我們默認使用了單個連接,但是消費者數量較少,沒能充分把網絡資源利用起來。

默認的情況下,每個Dubbo消費者與Dubbo提供者建立一個長連接,Dubbo官方對此的建議是:

Dubbo 缺省協議采用單一長連接和 NIO 異步通訊,適合於小數據量大並發的服務調用,以及服務消費者機器數遠大於服務提供者機器數的情況。

反之,Dubbo 缺省協議不適合傳送大數據量的服務,比如傳文件,傳視頻等,除非請求量很低。

(http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/references/protocol/dubbo.html)

以下也是Dubbo官方提供的一些常見問題回答:

為什么要消費者比提供者個數多?

因 dubbo 協議采用單一長連接,假設網絡為千兆網卡,根據測試經驗數據每條連接最多只能壓滿 7MByte(不同的環境可能不一樣,供參考),理論上 1 個服務提供者需要 20 個服務消費者才能壓滿網卡。

為什么不能傳大包?

因 dubbo 協議采用單一長連接,如果每次請求的數據包大小為 500KByte,假設網絡為千兆網卡,每條連接最大 7MByte(不同的環境可能不一樣,供參考),單個服務提供者的 TPS(每秒處理事務數)最大為:128MByte / 500KByte = 262。單個消費者調用單個服務提供者的 TPS(每秒處理事務數)最大為:7MByte / 500KByte = 14。如果能接受,可以考慮使用,否則網絡將成為瓶頸。

為什么采用異步單一長連接?

因為服務的現狀大都是服務提供者少,通常只有幾台機器,而服務的消費者多,可能整個網站都在訪問該服務,比如 Morgan 的提供者只有 6 台提供者,卻有上百台消費者,每天有 1.5 億次調用,如果采用常規的 hessian 服務,服務提供者很容易就被壓跨,通過單一連接,保證單一消費者不會壓死提供者,長連接,減少連接握手驗證等,並使用異步 IO,復用線程池,防止 C10K 問題。

因為我們的消費者數量和提供者數量都不多,所以很可能是連接數不夠,導致網絡傳輸出現了瓶頸。以下我們通過詳細分析Dubbo協議和一些實驗來驗證我們的猜測。

二、Dubbo通信流程詳解

我們用的Dubbo版本比較老,是2.5.x的,它使用的netty版本是3.2.5,最新版的Dubbo在線程模型上有一些修改,我們以下的分析是以2.5.10為例。

以圖和部分代碼說明Dubbo協議的調用過程,代碼只寫了一些關鍵部分,使用的是netty3,dubbo線程池無隊列,同步調用,以下代碼包含了Dubbo和Netty的代碼。

整個Dubbo一次調用過程如下:

1.請求入隊

我們通過Dubbo調用一個rpc服務,調用線程其實是把這個請求封裝后放入了一個隊列里。這個隊列是netty的一個隊列,這個隊列的定義如下,是一個Linked隊列,不限長度。

class NioWorker implements Runnable {
    ...
    private final Queue<Runnable> writeTaskQueue = new LinkedTransferQueue<Runnable>();
    ...
}

主線程經過一系列調用,最終通過NioClientSocketPipelineSink類里的方法把請求放入這個隊列,放入隊列的請求,包含了一個請求ID,這個ID很重要。

2.調用線程等待

入隊后,netty會返回給調用線程一個Future,然后調用線程等待在Future上。這個Future是Dubbo定義的,名字叫DefaultFuture,主調用線程調用DefaultFuture.get(timeout),等待通知,所以我們看與Dubbo相關的ThreadDump,經常會看到線程停在這,這就是在等后台返回。

public class DubboInvoker<T> extends AbstractInvoker<T> {
    ...
   @Override
    protected Result doInvoke(final Invocation invocation) throws Throwable {
         ...
         return (Result) currentClient.request(inv, timeout).get(); //currentClient.request(inv, timeout)返回了一個DefaultFuture
    }
    ...
}

我們可以看一下這個DefaultFuture的實現,

public class DefaultFuture implements ResponseFuture {

    private static final Map<Long, Channel> CHANNELS = new ConcurrentHashMap<Long, Channel>();
    private static final Map<Long, DefaultFuture> FUTURES = new ConcurrentHashMap<Long, DefaultFuture>();

    // invoke id.
    private final long id;      //Dubbo請求的id,每個消費者都是一個從0開始的long類型
    private final Channel channel;
    private final Request request;
    private final int timeout;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition done = lock.newCondition();
    private final long start = System.currentTimeMillis();
    private volatile long sent;
    private volatile Response response;
    private volatile ResponseCallback callback;
    public DefaultFuture(Channel channel, Request request, int timeout) {
        this.channel = channel;
        this.request = request;
        this.id = request.getId();
        this.timeout = timeout > 0 ? timeout : channel.getUrl().getPositiveParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT);
        // put into waiting map.
        FUTURES.put(id, this);    //等待時以id為key把Future放入全局的Future Map中,這樣回復數據回來了可以根據id找到對應的Future通知主線程
        CHANNELS.put(id, channel);
    }

3.IO線程讀取隊列里的數據

這個工作是由netty的IO線程池完成的,也就是NioWorker,對應的類叫NioWorker。它會死循環的執行select,在select中,會一次性把隊列中的寫請求處理完,select的邏輯如下:

public void run() {
    for (;;) {
       ....
            SelectorUtil.select(selector);

            proce***egisterTaskQueue();
            processWriteTaskQueue(); //先處理隊列里的寫請求
            processSelectedKeys(selector.selectedKeys()); //再處理select事件,讀寫都可能有
       ....
    }
}
private void processWriteTaskQueue() throws IOException {
    for (;;) {
        final Runnable task = writeTaskQueue.poll();//這個隊列就是調用線程把請求放進去的隊列
        if (task == null) {
            break;
        }
        task.run(); //寫數據
        cleanUpCancelledKeys();
    }
}

4.IO線程把數據寫到Socket緩沖區

這一步很重要,跟我們遇到的性能問題相關,還是NioWorker,也就是上一步的task.run(),它的實現如下:

void writeFromTaskLoop(final NioSocketChannel ch) {
    if (!ch.writeSuspended) { //這個地方很重要,如果writeSuspended了,那么就直接跳過這次寫
        write0(ch);
    }
}
private void write0(NioSocketChannel channel) {
    ......
    final int writeSpinCount = channel.getConfig().getWriteSpinCount(); //netty可配置的一個參數,默認是16
    synchronized (channel.writeLock) {
        channel.inWriteNowLoop = true;
        for (;;) {

                for (int i = writeSpinCount; i > 0; i --) { //每次最多嘗試16次
                    localWrittenBytes = buf.transferTo(ch);
                    if (localWrittenBytes != 0) {
                        writtenBytes += localWrittenBytes;
                        break;
                    }
                    if (buf.finished()) {
                        break;
                    }
                }

                if (buf.finished()) {
                    // Successful write - proceed to the next message.
                    buf.release();
                    channel.currentWriteEvent = null;
                    channel.currentWriteBuffer = null;
                    evt = null;
                    buf = null;
                    future.setSuccess();
                } else {
                    // Not written fully - perhaps the kernel buffer is full.
                    //重點在這,如果寫16次還沒寫完,可能是內核緩沖區滿了,writeSuspended被設置為true
                    addOpWrite = true;
                    channel.writeSuspended = true;
                    ......
                }
        ......
        if (open) {
            if (addOpWrite) {
                setOpWrite(channel);
            } else if (removeOpWrite) {
                clearOpWrite(channel);
            }
        }
        ......
    }

    fireWriteComplete(channel, writtenBytes);
}

正常情況下,隊列中的寫請求要通過processWriteTaskQueue處理掉,但是這些寫請求也同時注冊到了selector上,如果processWriteTaskQueue寫成功,就會刪掉selector上的寫請求。如果Socket的寫緩沖區滿了,對於NIO,會立刻返回,對於BIO,會一直等待。Netty使用的是NIO,它嘗試16次后,還是不能寫成功,它就把writeSuspended設置為true,這樣接下來的所有寫請求都會被跳過。那什么時候會再寫呢?這時候就得靠selector了,它如果發現socket可寫,就把這些數據寫進去。

下面是processSelectedKeys里寫的過程,因為它是發現socket可寫才會寫,所以直接把writeSuspended設為false。

void writeFromSelectorLoop(final SelectionKey k) {
    NioSocketChannel ch = (NioSocketChannel) k.attachment();
    ch.writeSuspended = false;
    write0(ch);
}

5.數據從消費者的socket發送緩沖區傳輸到提供者的接收緩沖區

這個是操作系統和網卡實現的,應用層的write寫成功了,並不代表對面能收到,當然tcp會通過重傳能機制盡量保證對端收到。

6.服務端IO線程從緩沖區讀取請求數據

這個是服務端的NIO線程實現的,在processSelectedKeys中。

public void run() {
    for (;;) {
       ....
            SelectorUtil.select(selector);

            proce***egisterTaskQueue();
            processWriteTaskQueue();
            processSelectedKeys(selector.selectedKeys()); //再處理select事件,讀寫都可能有
       ....
    }
}
private void processSelectedKeys(Set<SelectionKey> selectedKeys) throws IOException {
    for (Iterator<SelectionKey> i = selectedKeys.iterator(); i.hasNext();) {
        SelectionKey k = i.next();
        i.remove();
        try {
            int readyOps = k.readyOps();
            if ((readyOps & SelectionKey.OP_READ) != 0 || readyOps == 0) {
                if (!read(k)) {
                    // Connection already closed - no need to handle write.
                    continue;
                }
            }
            if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
                writeFromSelectorLoop(k);
            }
        } catch (CancelledKeyException e) {
            close(k);
        }

        if (cleanUpCancelledKeys()) {
            break; // break the loop to avoid ConcurrentModificationException
        }
    }
}
private boolean read(SelectionKey k) {
   ......

        // Fire the event.
        fireMessageReceived(channel, buffer);  //讀取完后,最終會調用這個函數,發送一個收到信息的事件
   ......

}

7.IO線程把請求交給Dubbo線程池

按配置不同,走的Handler不同,配置dispatch為all,走的handler如下。下面IO線程直接交給一個ExecutorService來處理這個請求,出現了熟悉的報錯“Threadpool is exhausted",業務線程池滿時,如果沒有隊列,就會報這個錯。

public class AllChannelHandler extends WrappedChannelHandler {
    ......
    public void received(Channel channel, Object message) throws RemotingException {
        ExecutorService cexecutor = getExecutorService();
        try {
            cexecutor.execute(new ChannelEventRunnable(channel, handler, ChannelState.RECEIVED, message));
        } catch (Throwable t) {
            //TODO A temporary solution to the problem that the exception information can not be sent to the opposite end after the thread pool is full. Need a refactoring
            //fix The thread pool is full, refuses to call, does not return, and causes the consumer to wait for time out
            if(message instanceof Request && t instanceof RejectedExecutionException){
                Request request = (Request)message;
                if(request.isTwoWay()){
                    String msg = "Server side(" + url.getIp() + "," + url.getPort() + ") threadpool is exhausted ,detail msg:" + t.getMessage();
                    Response response = new Response(request.getId(), request.getVersion());
                    response.setStatus(Response.SERVER_THREADPOOL_EXHAUSTED_ERROR);
                    response.setErrorMessage(msg);
                    channel.send(response);
                    return;
                }
            }
            throw new ExecutionException(message, channel, getClass() + " error when process received event .", t);
        }
    }
    ......
}

8.服務端Dubbo線程池處理完請求后,把返回報文放入隊列

線程池會調起下面的函數

public class HeaderExchangeHandler implements ChannelHandlerDelegate {
......
Response handleRequest(ExchangeChannel channel, Request req) throws RemotingException {
    Response res = new Response(req.getId(), req.getVersion());
    ......
    // find handler by message class.
    Object msg = req.getData();
    try {
        // handle data.
        Object result = handler.reply(channel, msg);   //真正的業務邏輯類
        res.setStatus(Response.OK);
        res.setResult(result);
    } catch (Throwable e) {
        res.setStatus(Response.SERVICE_ERROR);
        res.setErrorMessage(StringUtils.toString(e));
    }
    return res;
}

public void received(Channel channel, Object message) throws RemotingException {
   ......

        if (message instanceof Request) {
            // handle request.
            Request request = (Request) message;

                if (request.isTwoWay()) {
                    Response response = handleRequest(exchangeChannel, request); //處理業務邏輯,得到一個Response
                    channel.send(response);  //回寫response
                }
        }
   ......

}

channel.send(response)最終調用了NioServerSocketPipelineSink里的方法把返回報文放入隊列。

9.服務端IO線程從隊列中取出數據

與流程3一樣

10.服務端IO線程把回復數據寫入Socket發送緩沖區

IO線程寫數據的時候,寫入到TCP緩沖區就算成功了。但是如果緩沖區滿了,會寫不進去。對於阻塞和非阻塞IO,返回結果不一樣,阻塞IO會一直等,而非阻塞IO會立刻失敗,讓調用者選擇策略。

Netty的策略是嘗試最多寫16次,如果不成功,則暫時停掉IO線程的寫操作,等待連接可寫時再寫,writeSpinCount默認是16,可以通過參數調整。

for (int i = writeSpinCount; i > 0; i --) {
localWrittenBytes = buf.transferTo(ch);
if (localWrittenBytes != 0) {
    writtenBytes += localWrittenBytes;
    break;
}
if (buf.finished()) {
    break;
}
}

if (buf.finished()) {
     // Successful write - proceed to the next message.
     buf.release();
     channel.currentWriteEvent = null;
     channel.currentWriteBuffer = null;
     evt = null;
     buf = null;
     future.setSuccess();
 } else {
      // Not written fully - perhaps the kernel buffer is full.
      addOpWrite = true;
      channel.writeSuspended = true;

11.數據傳輸

數據在網絡上傳輸主要取決於帶寬和網絡環境。

12.客戶端IO線程把數據從緩沖區讀出

這個過程跟流程6是一樣的

13.IO線程把數據交給Dubbo業務線程池

這一步與流程7是一樣的,這個線程池名字為DubboClientHandler。

14.業務線程池根據消息ID通知主線程

先通過HeaderExchangeHandler的received函數得知是Response,然后調用handleResponse,

public class HeaderExchangeHandler implements ChannelHandlerDelegate {
    static void handleResponse(Channel channel, Response response) throws RemotingException {
        if (response != null && !response.isHeartbeat()) {
            DefaultFuture.received(channel, response);
        }
    }
    public void received(Channel channel, Object message) throws RemotingException {
        ......
        if (message instanceof Response) {
                handleResponse(channel, (Response) message);
        }
        ......
}

DefaultFuture根據ID獲取Future,通知調用線程

public static void received(Channel channel, Response response) {
     ......
     DefaultFuture future = FUTURES.remove(response.getId());
     if (future != null) {
        future.doReceived(response);
     }
     ......
}

至此,主線程獲取了返回數據,調用結束。

三、影響上述流程的關鍵參數

協議參數

我們在使用Dubbo時,需要在服務端配置協議,例如

<dubbo:protocol name="dubbo" port="20880" dispatcher="all" threadpool="fixed" threads="2000" />

下面是協議中與性能相關的一些參數,在我們的使用場景中,線程池選用了fixed,大小是500,隊列為0,其他都是默認值。

屬性 對應URL參數 類型 是否必填 缺省值 作用 描述
name <protocol> string 必填 dubbo 性能調優 協議名稱
threadpool threadpool string 可選 fixed 性能調優 線程池類型,可選:fixed/cached。
threads threads int 可選 200 性能調優 服務線程池大小(固定大小)
queues queues int 可選 0 性能調優 線程池隊列大小,當線程池滿時,排隊等待執行的隊列大小,建議不要設置,當線程池滿時應立即失敗,重試其它服務提供機器,而不是排隊,除非有特殊需求。
iothreads iothreads int 可選 cpu個數+1 性能調優 io線程池大小(固定大小)
accepts accepts int 可選 0 性能調優 服務提供方最大可接受連接數,這個是整個服務端可以建的最大連接數,比如設置成2000,如果已經建立了2000個連接,新來的會被拒絕,是為了保護服務提供方。
dispatcher dispatcher string 可選 dubbo協議缺省為all 性能調優 協議的消息派發方式,用於指定線程模型,比如:dubbo協議的all, direct, message, execution, connection等。這個主要牽涉到IO線程池和業務線程池的分工問題,一般情況下,讓業務線程池處理建立連接、心跳等,不會有太大影響。
payload payload int 可選 8388608(=8M) 性能調優 請求及響應數據包大小限制,單位:字節。這個是單個報文允許的最大長度,Dubbo不適合報文很長的請求,所以加了限制。
buffer buffer int 可選 8192 性能調優 網絡讀寫緩沖區大小。注意這個不是TCP緩沖區,這個是在讀寫網絡報文時,應用層的Buffer。
codec codec string 可選 dubbo 性能調優 協議編碼方式
serialization serialization string 可選 dubbo協議缺省為hessian2,rmi協議缺省為java,http協議缺省為json 性能調優 協議序列化方式,當協議支持多種序列化方式時使用,比如:dubbo協議的dubbo,hessian2,java,compactedjava,以及http協議的json等
transporter transporter string 可選 dubbo協議缺省為netty 性能調優 協議的服務端和客戶端實現類型,比如:dubbo協議的mina,netty等,可以分拆為server和client配置
server server string 可選 dubbo協議缺省為netty,http協議缺省為servlet 性能調優 協議的服務器端實現類型,比如:dubbo協議的mina,netty等,http協議的jetty,servlet等
client client string 可選 dubbo協議缺省為netty 性能調優 協議的客戶端實現類型,比如:dubbo協議的mina,netty等
charset charset string 可選 UTF-8 性能調優 序列化編碼
heartbeat heartbeat int 可選 0 性能調優 心跳間隔,對於長連接,當物理層斷開時,比如拔網線,TCP的FIN消息來不及發送,對方收不到斷開事件,此時需要心跳來幫助檢查連接是否已斷開

服務參數

針對每個Dubbo服務,都會有一個配置,全部的參數配置在這:http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/references/xml/dubbo-service.html。

我們關注幾個與性能相關的。在我們的使用場景中,重試次數設置成了0,集群方式用的failfast,其他是默認值。

屬性 對應URL參數 類型 是否必填 缺省值 作用 描述 兼容性
delay delay int 可選 0 性能調優 延遲注冊服務時間(毫秒) ,設為-1時,表示延遲到Spring容器初始化完成時暴露服務 1.0.14以上版本
timeout timeout int 可選 1000 性能調優 遠程服務調用超時時間(毫秒) 2.0.0以上版本
retries retries int 可選 2 性能調優 遠程服務調用重試次數,不包括第一次調用,不需要重試請設為0 2.0.0以上版本
connections connections int 可選 1 性能調優 對每個提供者的最大連接數,rmi、http、hessian等短連接協議表示限制連接數,dubbo等長連接協表示建立的長連接個數 2.0.0以上版本
loadbalance loadbalance string 可選 random 性能調優 負載均衡策略,可選值:random,roundrobin,leastactive,分別表示:隨機,輪詢,最少活躍調用 2.0.0以上版本
async async boolean 可選 false 性能調優 是否缺省異步執行,不可靠異步,只是忽略返回值,不阻塞執行線程 2.0.0以上版本
weight weight int 可選 性能調優 服務權重 2.0.5以上版本
executes executes int 可選 0 性能調優 服務提供者每服務每方法最大可並行執行請求數 2.0.5以上版本
proxy proxy string 可選 javassist 性能調優 生成動態代理方式,可選:jdk/javassist 2.0.5以上版本
cluster cluster string 可選 failover 性能調優 集群方式,可選:failover/failfast/failsafe/failback/forking 2.0.5以上版本

這次擁堵的主要原因,應該就是服務的connections設置的太小,dubbo不提供全局的連接數配置,只能針對某一個交易做個性化的連接數配置。

四、連接數與Socket緩沖區對性能影響的實驗

通過簡單的Dubbo服務,驗證一下連接數與緩沖區大小對傳輸性能的影響。

我們可以通過修改系統參數,調節TCP緩沖區的大小。

在 /etc/sysctl.conf 修改如下內容, tcp_rmem是發送緩沖區,tcp_wmem是接收緩沖區,三個數值表示最小值,默認值和最大值,我們可以都設置成一樣。

net.ipv4.tcp_rmem = 4096 873800 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 873800 16777216

然后執行sysctl –p 使之生效。

服務端代碼如下,接受一個報文,然后返回兩倍的報文長度,隨機sleep 0-300ms,所以均值應該是150ms。服務端每10s打印一次tps和響應時間,這里的tps是指完成函數調用的tps,而不涉及傳輸,響應時間也是這個函數的時間。

   //服務端實現
   public String sayHello(String name) {
        counter.getAndIncrement();
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            Thread.sleep(rand.nextInt(300));
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        String result = "Hello " + name + name  + ", response form provider: " + RpcContext.getContext().getLocalAddress();
        long end = System.currentTimeMillis();
        timer.getAndAdd(end-start);
        return result;
    }

客戶端起N個線程,每個線程不停的調用Dubbo服務,每10s打印一次qps和響應時間,這個qps和響應時間是包含了網絡傳輸時間的。

for(int i = 0; i < N; i ++) {
    threads[i] = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                Long start = System.currentTimeMillis();
                String hello = service.sayHello(z);
                Long end = System.currentTimeMillis();
                totalTime.getAndAdd(end-start);
                counter.getAndIncrement();
            }
        }});
    threads[i].start();
}

通過ss -it命令可以看當前tcp socket的詳細信息,包含待對端回復ack的數據Send-Q,最大窗口cwnd,rtt(round trip time)等。

(base) niuxinli@ubuntu:~$ ss -it
State                            Recv-Q                        Send-Q                                                       Local Address:Port                                                          Peer Address:Port
ESTAB                            0                             36                                                             192.168.1.7:ssh                                                            192.168.1.4:58931                       
     cubic wscale:8,2 rto:236 rtt:33.837/8.625 ato:40 mss:1460 pmtu:1500 rcvmss:1460 advmss:1460 cwnd:10 bytes_acked:559805 bytes_received:54694 segs_out:2754 segs_in:2971 data_segs_out:2299 data_segs_in:1398 send 3.5Mbps pacing_rate 6.9Mbps delivery_rate 44.8Mbps busy:36820ms unacked:1 rcv_rtt:513649 rcv_space:16130 rcv_ssthresh:14924 minrtt:0.112
ESTAB                            0                             0                                                              192.168.1.7:36666                                                          192.168.1.7:2181                        
     cubic wscale:7,7 rto:204 rtt:0.273/0.04 ato:40 mss:33344 pmtu:65535 rcvmss:536 advmss:65483 cwnd:10 bytes_acked:2781 bytes_received:3941 segs_out:332 segs_in:170 data_segs_out:165 data_segs_in:165 send 9771.1Mbps lastsnd:4960 lastrcv:4960 lastack:4960 pacing_rate 19497.6Mbps delivery_rate 7621.5Mbps app_limited busy:60ms rcv_space:65535 rcv_ssthresh:66607 minrtt:0.035
ESTAB                            0                             27474                                                          192.168.1.7:20880                                                          192.168.1.5:60760                       
     cubic wscale:7,7 rto:204 rtt:1.277/0.239 ato:40 mss:1448 pmtu:1500 rcvmss:1448 advmss:1448 cwnd:625 ssthresh:20 bytes_acked:96432644704 bytes_received:49286576300 segs_out:68505947 segs_in:36666870 data_segs_out:67058676 data_segs_in:35833689 send 5669.5Mbps pacing_rate 6801.4Mbps delivery_rate 627.4Mbps app_limited busy:1340536ms rwnd_limited:400372ms(29.9%) sndbuf_limited:433724ms(32.4%) unacked:70 retrans:0/5 rcv_rtt:1.308 rcv_space:336692 rcv_ssthresh:2095692 notsent:6638 minrtt:0.097

通過netstat -nat也能查看當前tcp socket的一些信息,比如Recv-Q, Send-Q。

(base) niuxinli@ubuntu:~$ netstat -nat
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State
tcp        0      0 0.0.0.0:20880           0.0.0.0:*               LISTEN
tcp        0     36 192.168.1.7:22          192.168.1.4:58931       ESTABLISHED
tcp        0      0 192.168.1.7:36666       192.168.1.7:2181        ESTABLISHED
tcp        0  65160 192.168.1.7:20880       192.168.1.5:60760       ESTABLISHED

可以看以下Recv-Q和Send-Q的具體含義:

 Recv-Q
       Established: The count of bytes not copied by the user program connected to this socket.

 Send-Q
     Established: The count of bytes not acknowledged by the remote host.

Recv-Q是已經到了接受緩沖區,但是還沒被應用代碼讀走的數據。Send-Q是已經到了發送緩沖區,但是對方還沒有回復Ack的數據。這兩種數據正常一般不會堆積,如果堆積了,可能就有問題了。

第一組實驗:單連接,改變TCP緩沖區

結果:

繼續調大緩沖區

我們用netstat或者ss命令可以看到當前的socket情況,下面的第二列是Send-Q大小,是寫入緩沖區還沒有被對端確認的數據,發送緩沖區最大時64k左右,說明緩沖區不夠用。

繼續增大緩沖區,到4M,我們可以看到,響應時間進一步下降,但是還是在傳輸上浪費了不少時間,因為服務端應用層沒有壓力。

服務端和客戶端的TCP情況如下,緩沖區都沒有滿

服務端

客戶端

這個時候,再怎么調大TCP緩沖區,也是沒用的,因為瓶頸不在這了,而在於連接數。因為在Dubbo中,一個連接會綁定到一個NioWorker線程上,讀寫都由這一個連接完成,傳輸的速度超過了單個線程的讀寫能力,所以我們看到在客戶端,大量的數據擠壓在接收緩沖區,沒被讀走,這樣對端的傳輸速率也會慢下來。

第二組實驗:多連接,固定緩沖區

服務端的純業務函數響應時間很穩定,在緩沖區較小的時候,調大連接數雖然能讓時間降下來,但是並不能到最優,所以緩沖區不能設置太小,Linux一般默認是4M,在4M的時候,4個連接基本上已經能把響應時間降到最低了。

img

結論

要想充分利用網絡帶寬, 緩沖區不能太小,如果太小有可能一次傳輸的報文就大於了緩沖區,嚴重影響傳輸效率。但是太大了也沒有用,還需要多個連接數才能夠充分利用CPU資源,連接數起碼要超過CPU核數。

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