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Ruby 多线程的潜力和弱点分析

新客网 XKER.COM 时间:2015-03-26 02:12:47  评论:

Web 应用大多是 IO 密集型的,利用 Ruby 多进程+多线程模型将能大幅提升系统吞吐量。其原因在于:当Ruby 某个线程处于 IO Block 状态时,其它的线程还可以继续执行。但由于存在 Ruby GIL (Global Interpreter Lock),MRI Ruby 并不能真正利用多线程进行并行计算。JRuby 去除了 GIL,是真正意义的多线程,既能应付 IO Block,也能充分利用多核 CPU 加快整体运算速度。

上面说得比较抽象,下面就用例子一一加以说明。

Ruby 多线程和 IO Block

先看下面一段代码(演示目的,没有实际用途):

代码如下:

# File: block_io1.rb

def func1
  puts "sleep 3 seconds in func1\n"
  sleep(3)
end

def func2
  puts "sleep 2 seconds in func2\n"
  sleep(2)
end

def func3
  puts "sleep 5 seconds in func3\n"
  sleep(5)
end

func1
func2
func3

代码很简单,3 个方法,用 sleep 模拟耗时的 IO 操作。 运行代码(环境 MRI Ruby 1.9.3) 结果是:

代码如下:

$ time ruby block_io1.rb
sleep 3 seconds in func1
sleep 2 seconds in func2
sleep 5 seconds in func3

real  0m11.681s
user  0m3.086s
sys 0m0.152s

比较慢,时间都耗在 sleep 上了,总共花了 10 多秒。

采用多线程的方式,改写如下:

代码如下:

# File: block_io2.rb

def func1
  puts "sleep 3 seconds in func1\n"
  sleep(3)
end

def func2
  puts "sleep 2 seconds in func2\n"
  sleep(2)
end

def func3
  puts "sleep 5 seconds in func3\n"
  sleep(5)
end

threads = []
threads << Thread.new { func1 }
threads << Thread.new { func2 }
threads << Thread.new { func3 }

threads.each { |t| t.join }

运行的结果是:

代码如下:

$ time ruby block_io2.rb
sleep 3 seconds in func1
sleep 2 seconds in func2
sleep 5 seconds in func3

real  0m6.543s
user  0m3.169s
sys 0m0.147s

总共花了 6 秒多,明显快了许多,只比最长的 sleep 5 秒多了一点。

上面的例子说明,Ruby 的多线程能够应付 IO Block,当某个线程处于 IO Block 状态时,其它的线程还可以继续执行,从而使整体处理时间大幅缩短。


Ruby GIL 的影响

还是先看一段代码(演示目的):

代码如下:

# File: gil1.rb

require 'securerandom'
require 'zlib'

data = SecureRandom.hex(4096000)

16.times { Zlib::Deflate.deflate(data) }

代码先随机生成一些数据,然后对其进行压缩,压缩是非常耗 CPU 的,在我机器(双核 CPU, MRI Ruby 1.9.3)运行结果如下:

代码如下:

$ time ruby gil1.rb

real  0m8.572s
user  0m8.359s
sys 0m0.102s

更改为多线程版本,代码如下:

代码如下:

# File: gil2.rb

require 'securerandom'
require 'zlib'

data = SecureRandom.hex(4096000)

threads = []
16.times do
  threads << Thread.new { Zlib::Deflate.deflate(data) }
end

threads.each {|t| t.join}

多线程的版本运行结果如下:

代码如下:

$ time ruby gil2.rb

real  0m8.616s
user  0m8.377s
sys 0m0.211s

从结果可以看出,由于 MRI Ruby GIL 的存在,Ruby 多线程并不能重复利用多核 CPU,使用多线程后整体所花时间并不缩短,反而由于线程切换的影响,所花时间还略有增加。

JRuby 去除了 GIL

使用 JRuby (我的机器上是 JRuby 1.7.0)运行 gil1.rb 和 gil2.rb,得到很不一样的结果。

代码如下:

$ time jruby gil1.rb

real  0m12.225s
user  0m14.060s
sys 0m0.615s


代码如下:

$ time jruby gil2.rb

real  0m7.584s
user  0m22.822s
sys 0m0.819s


可以看到,JRuby 使用多线程时,整体运行时间有明显缩短(7.58 比 12.22),这是由于 JRuby 去除了 GIL,可以真正并行的执行多线程,充分利用了多核 CPU。

总结:Ruby 多线程可以在某个线程 IO Block 时,依然能够执行其它线程,从而降低 IO Block 对整体的影响,但由于 MRI Ruby GIL 的存在,MRI Ruby 并不是真正的并行执行,JRuby 去除了 GIL,可以做到真正的多线程并行执行。

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