FastHTTP源码分析——“百花齐放”的协程池

原文： FastHTTP源码分析——“百花齐放”的协程池

声明

阅读本编文章需要 go 语言基础和对资源池有一些了解。

go 版本为1.11， FastHTTP 为2018-11-23的最新master版本

前言

在开始前我们先来简单定义一下协程池： 能够达到协程资源复用 。在这个定义下协程池的实现可以说是“百花齐放”了，找一下热门的go语言开源项目都会有协程池的不同实现方式。 有基于链表实现的 Tidb ，有基于环形队列实现的 Jaeger ，有基于数组栈实现的 FastHTTP 等，种类繁多任君选择。这么多的协程池实现可以归纳成二种：

1. 提前创建协程： Jaeger ， Istio ， Tars 等。
2. 按需创建协程： Tidb ， FastHTTP ， Ants 等。

这2种实现中，个人比较喜欢第二种按需创建， FastHTTP 也是使用第二种方式，所以我们来看看它是如何实现的。

FastHTTP协程池简介

在介绍 FastHTTP 协程池之前先做一下简单的介绍。 workerChan 和协程一一对应，相同的生命周期，可以把 workerChan 看成是协程的门牌，使用凭证，引路子等。 整个协程池的实现主要由 workerPool 和 workerChan 组成。 FastHTTP 的协程池使用按需创建的方式，当有一个请求进来时创建一个协程，请求处理完成，就会把协程的 workerChan 放入 workerPool 的数组栈 [workerPool.ready ]里面，再有新的请求就从 workerPool.ready 获取 workerChan ，复用协程，以此循环。

协程池用在哪里

• go官方原生 http.Server

net/http/server.go #2805
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    ......
    for {
      rw, e := l.Accept()
      ......
      //FastHTTP在这步使用协程池
      go c.serve(ctx)
    }
}

• FastHTTP的 fasthttp.ListenAndServe

github.com/valyala/fasthttp/server.go 1489
func (s *Server) Serve(ln net.Listener) error {
    ......
    for {
      if c, err = acceptConn(s, ln, &lastPerIPErrorTime); err != nil {
          ......
      }
      //对应go原生的 go c.serve(ctx)
      if !wp.Serve(c) {
          ......
      }
      ......
    }
}

在go原生的 http.Server 包中，当接收到新请求就会启动一个协程处理，而FastHTTP则使用协程池处理。

获取workerChan

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #156
func (wp *workerPool) getCh() *workerChan {
  var ch *workerChan
  createWorker := false

  wp.lock.Lock()
  ready := wp.ready
  n := len(ready) - 1
  if n < 0 {
    if wp.workersCount < wp.MaxWorkersCount {
      createWorker = true
      wp.workersCount++
    }
  } else {
    //从尾部获取Ch
    ch = ready[n]
    ready[n] = nil
    wp.ready = ready[:n]
  }
  wp.lock.Unlock()

  if ch == nil {
    //如果协程数超过上限，直接抛弃当前请求
    if !createWorker {
      return nil
    }
    vch := wp.workerChanPool.Get()
    if vch == nil {
      vch = &workerChan{
        ch: make(chan chan struct{}, workerChanCap),
      }
    }
    ch = vch.(*workerChan)
    //ch和协程绑定
    go func() {
      wp.workerFunc(ch)
      wp.workerChanPool.Put(vch)
    }()
  }
  return ch
}

在go语言中不同协程之间的通讯使用 channel ，在协程池中也不例外，FastHTTP创建了一个协程，就会和一个 workerChan 绑定，使用方根据这个 workerChan 就可以使用协程池里的资源。从上面的代码可以看出，使用协程池的资源，都是先从Slice的尾部弹出 workerChan ，在把 workerChan 交给使用放，如果Slice没有 workerChan 就会创建。

把workerChan放入Slice尾部

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #194
func (wp *workerPool) release(ch *workerChan) bool {
  //用户清理
  ch.lastUseTime = time.Now()
  wp.lock.Lock()
  if wp.mustStop {
    wp.lock.Unlock()
    return false
  }
  //往尾部追加
  wp.ready = append(wp.ready, ch)
  wp.lock.Unlock()
  return true
}

当协程完成工作后，就会把 workerChan 放回Slice尾部，以待其他请求使用。

定期清理过期 workerChan

github.com/valyala/fasthttp/workerpool.go #98
func (wp *workerPool) clean(scratch *[]*workerChan) {
  ......
  currentTime := time.Now()

  wp.lock.Lock()
  ready := wp.ready
  n := len(ready)
  i := 0
  for i < n && currentTime.Sub(ready[i].lastUseTime) > maxIdleWorkerDuration {
      i++
  }
  *scratch = append((*scratch)[:0], ready[:i]...)
  if i > 0 {
    m := copy(ready, ready[i:])
    for i = m; i < n; i++ {
      ready[i] = nil
    }
    wp.ready = ready[:m]
  }
  wp.lock.Unlock()

  ......
  tmp := *scratch
  for i, ch := range tmp {
    //让协程停止工作
    ch.ch <- nil
    tmp[i] = nil
  }
}

定期清理是为了避免在常态下空闲的协程过多，加重了调度层的负担。使用按需创建协程池的方式存在这样一个问题，高峰期的时候创建了很多协程，高峰期过后很多协程处于空闲状态，这就造成了不必要的开销。所以需要一种过期机制。在这里数组栈(FILO)的优点也体现出来了，因为栈的特点不活跃的 workerChan 都放在了数组的头部，所以只需要从数组头部开始轮询，一直到找到未过期的 workerChan ，再把这部分清理掉，就达到清理的效果，并且不需要轮询整个数组。

收益有多少

花了点时间对FastHTTP的协程池进行了压测 代码 。

apple:gopool apple$ go test -bench=. -test.benchmem
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: study_go/gopool
BenchmarkNotPool-4                  10    4937881320 ns/op    107818560 B/op      401680 allocs/op
BenchmarkFastHttpPool-4             10     380807481 ns/op    13444607 B/op      169946 allocs/op
BenchmarkAntsPoll-4                 10     429482715 ns/op    20756724 B/op      302093 allocs/op
PASS
ok      study_go/gopool    72.891s

从上面的对比来看使用协程池的收益还不少。

结语

FastHTTP 协程池的实现方式是我所了解的几种实现中，性能是比较突出的，当然其他协程池的实现方式也很有学习参考价值，在这个过程中复习了链表，数组栈，环形队列的使用场景。收获颇多。