高并发研究:用 Little 定律理解在途请求

吞吐没有提高,请求数却越积越多,通常意味着系统在用排队换取更长等待。

edyang · 2016-08-05

吞吐没有提高,请求数却越积越多,通常意味着系统在用排队换取更长等待。

本文使用有限容量的 Java 服务与固定输入的实验负载。性能问题需要同时看吞吐、排队、错误和延迟分布。示例数字用于演算与设计实验,不代表任何真实系统已经达到的性能成绩。

1. 从现象推到机制

稳定系统中,平均在途数量约等于到达率乘平均停留时间,单位必须一致。它描述长期平均关系,不保证突发峰值。若进入速率长期超过完成速率,系统不满足稳定前提,队列就会继续增长。

高并发研究:用 Little 定律理解在途请求的处理、反馈与观察关系

图中的四个节点分别表示进入速率、停留时间、在途数量、容量判断。顺着实线检查输入如何变成输出,再沿虚线核对反馈条件。图示表达的是本文讨论的关系,不是实测曲线或现场截图。

2. 最小实现与输入条件

用每秒一百次与平均零点二秒演算在途二十次,再分别增加到达率和等待时间。数字只用于理解量纲。

1
2
3
L = lambda * W
example: 100 requests/second * 0.2 second = 20 requests
observe arrivals, completions, queue length together

从稳定低负载开始增加压力,分别记录进入与完成速率。固定请求数据、连接策略和观察窗口,保留错误响应;只有成功请求的平均耗时不足以代表系统体验。

3. 用对照区分原因

下表列出需要主动改变的条件。预期行为来自机制分析,复现时还需记录运行环境和原始输出,不能将预期当作已经测得的结果。

改变的条件 需要验证的行为
平均耗时翻倍而吞吐不变 平均在途数量也会增加
持续进入大于完成 不再能当稳定系统简单套平均值
瞬间出现流量尖峰 平均关系不能替代峰值容量

对照 1:平均耗时翻倍而吞吐不变

平均在途数量也会增加。观察时记录相同窗口的速率与停留时间。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 2:持续进入大于完成

不再能当稳定系统简单套平均值。观察时记录队列长度随时间的趋势。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 3:瞬间出现流量尖峰

平均关系不能替代峰值容量。观察时记录短窗口峰值与排队上限。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

4. 适用条件与取舍

在途请求包括排队和执行,不应只统计工作线程。容量规划还需给突发、故障和请求差异留出余量。

一次正常运行只覆盖了这组输入。继续扩展前,应把上面的异常对照保留下来,尤其关注“瞬间出现流量尖峰”这一分支。后续方案若改变了图中任意一处依赖,原来的判断就要重新验证,不能仅凭界面相似或返回值相同沿用结论。

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参考资料

  1. Java 8 并发 API
  2. LMAX Disruptor 技术论文