多處理器平臺(tái)上J2EE應(yīng)用的內(nèi)存爭用

2019-11-18 15:38:18

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供稿：網(wǎng)友

　　隨著在企業(yè)級(jí)環(huán)境對(duì)高可擴(kuò)展性J2EE應(yīng)用的需求，需要在多處理器平臺(tái)上執(zhí)行線程的并行處理。在JVM堆中對(duì)線程處理所需要的內(nèi)存和并發(fā)處理已經(jīng)成為這些J2EE應(yīng)用在部署時(shí)的性能和可擴(kuò)展性的瓶頸。這篇文章探討了J2EE應(yīng)用在多處理器平臺(tái)上訪問JVM堆中的內(nèi)存的線程同步問題。

　　
　　J2EE應(yīng)用的內(nèi)存需求
　　
　　當(dāng)前布署在企業(yè)級(jí)環(huán)境中的J2EE應(yīng)用都需要在一秒中能夠處理成千上萬的用戶請(qǐng)求。這種來自大量并發(fā)用戶的數(shù)據(jù)請(qǐng)求就產(chǎn)生了更大堆空間的需求，也就需要更多的內(nèi)存。有了更多的內(nèi)存就可以提供更大的J2EE應(yīng)用堆空間，而多處理器可以處理更多的并發(fā)線程，因而現(xiàn)在線程訪問內(nèi)存的方式和訪問所花費(fèi)的時(shí)間就成了瓶頸所在。
　　
　　多處理器平臺(tái)
　　
　　處理器數(shù)目的增加可以提高可擴(kuò)展性，但同時(shí)需要處理更多的線程。線程在處理數(shù)據(jù)、創(chuàng)建java對(duì)象及其他Java操作時(shí)都有需要耗用內(nèi)存。由于多個(gè)線程在多個(gè)處理器中運(yùn)行，就需要保證在系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性和完整性。在處理器中的線程同時(shí)讀寫內(nèi)存，這就需要同步這些線程來防止讀寫錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。在圖1中，顯示單處理器與多處理器在訪問內(nèi)存時(shí)的異同。在單處理器平臺(tái)中，在任何給定的時(shí)間只有一個(gè)線程被執(zhí)行，因此不需要同步。然而在多處理器平臺(tái)，同一時(shí)間可能會(huì)有多個(gè)線程被執(zhí)行，這就需要同步訪問內(nèi)存來保證數(shù)據(jù)的正確性，而這就會(huì)導(dǎo)致爭用和瓶頸?
　　

　　Figure 1. Single-PRocessor versus multi-processor platforms accessing memory

　　“線程本地堆”嘗試通過為每一個(gè)線程在JVM堆中預(yù)分配一小塊內(nèi)存來解決這個(gè)問題。然而這種方式下內(nèi)存空間對(duì)高內(nèi)存需求的J2EE應(yīng)用來說是不夠的。
　　
　　實(shí)驗(yàn)和觀察
　　
　　我們會(huì)在一個(gè)8CPU平臺(tái)上為J2EE應(yīng)用做一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，下面是實(shí)驗(yàn)的代碼：
　　
　　String mem = request.getParameter("memory");
　　if (mem != null && !mem.equals("")) {
　　　int mem_kbytes = Integer.parseInt(mem);
　　　byte[] i = new byte[mem_kbytes*1024];
　　}
　　在每一次測試中，這些J2EE線程會(huì)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)特定內(nèi)存大小的對(duì)象。在一個(gè)多用戶負(fù)載測試中，我們觀察到下列的數(shù)據(jù)：響應(yīng)時(shí)間、吞吐量和資源利用率。
　　
　　我們將JVM堆大小設(shè)置為一個(gè)較大的值這樣就可以減少垃圾回收的次數(shù)。我們注重到即使負(fù)載增加，“垃圾回收暫停時(shí)間”與“運(yùn)行總時(shí)間”的比率始終在1：35左右，因此我們認(rèn)為他在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中的影響較小。結(jié)果如下圖2。

　
　　Figure 2. Results of shared memory access on multi-processor platform

　　這個(gè)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境如下：

　　1、應(yīng)用服務(wù)器：WebLogic7

　　2、JVM：Sun JVM 1.3

　　3、操作系統(tǒng)：windows 2000高級(jí)服務(wù)器版

　　4、硬件：Intel Dell PowerEdge 8450 (8Intel Xeon 800MHz 處理器, 4GB RAM)

　　5、網(wǎng)絡(luò)：100Mbps Cisco網(wǎng)絡(luò)

　　6、負(fù)載測試工具：WebLoad
　　
　　我們觀察到在增加特定內(nèi)存大小的對(duì)象的負(fù)載時(shí)，吞吐量增加的比率與CPU利率的增加比較并不相同。當(dāng)然，響應(yīng)時(shí)間的增加也不是線性的。這些實(shí)驗(yàn)清楚地顯示了這些J2EE線程的高內(nèi)存需求導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的爭用并且成為J2EE可擴(kuò)展性的瓶頸。我們還觀察到這些線程訪問內(nèi)存和創(chuàng)建對(duì)象所花費(fèi)的時(shí)間隨著處理利用率的增加而增加。這可以從負(fù)載的增加導(dǎo)致服務(wù)請(qǐng)求的增加中看出來，如圖3中特定內(nèi)存大小的Java對(duì)象的創(chuàng)建圖表。