优化 Go 中的 map 并发存取

本贴最后更新于 3278 天前,其中的信息可能已经水流花落

Catena (时序存储引擎)中有一个函数的实现备受争议,它从 map 中根据指定的 name 获取一个 metricSource。每一次插入操作都会至少调用一次这个函数,现实场景中该函数调用更是频繁,并且是跨多个协程的,因此我们必须要考虑同步。

该函数从 map[string]*metricSource 中根据指定的 name 获取一个指向 metricSource 的指针,如果获取不到则创建一个并返回。其中要注意的关键点是我们只会对这个 map 进行插入操作。

简单实现如下:(为节省篇幅,省略了函数头和返回,只贴重要部分)

var source *memorySource
var present bool

p.lock.Lock() // lock the mutex
defer p.lock.Unlock() // unlock the mutex at the end

if source, present = p.sources[name]; !present {
// The source wasn't found, so we'll create it.
source = &memorySource{
name: name,
metrics: map[string]*memoryMetric{},
}

// Insert the newly created *memorySource.
p.sources[name] = source

}

经测试,该实现大约可以达到 1,400,000 插入/秒(通过协程并发调用,GOMAXPROCS 设置为 4)。看上去很快,但实际上它是慢于单个协程的,因为多个协程间存在锁竞争。

我们简化一下情况来说明这个问题,假设两个协程分别要获取“a”、“b”,并且“a”、“b”都已经存在于该 map 中。上述实现在运行时,一个协程获取到锁、拿指针、解锁、继续执行,此时另一个协程会被卡在获取锁。等待锁释放是非常耗时的,并且协程越多性能越差。

让它变快的方法之一是移除锁控制,并保证只有一个协程访问这个 map。这个方法虽然简单,但没有伸缩性。下面我们看看另一种简单的方法,并保证了线程安全和伸缩性。 

var source *memorySource
var present bool

if source, present = p.sources[name]; !present { // added this line
// The source wasn't found, so we'll create it.

p.lock.Lock() // lock the mutex
defer p.lock.Unlock() // unlock at the end

if source, present = p.sources[name]; !present {
	source = &memorySource{
		name: name,
		metrics: map[string]*memoryMetric{},
	}

	// Insert the newly created *memorySource.
	p.sources[name] = source
}
// if present is true, then another goroutine has already inserted
// the element we want, and source is set to what we want.

} // added this line

// Note that if the source was present, we avoid the lock completely!

该实现可以达到 5,500,000 插入/秒,比第一个版本快 3.93 倍。有 4 个协程在跑测试,结果数值和预期是基本吻合的。

这个实现是 ok 的,因为我们没有删除、修改操作。在 CPU 缓存中的指针地址我们可以安全使用,不过要注意的是我们还是需要加锁。如果不加,某协程在创建插入 source 时另一个协程可能已经正在插入,它们会处于竞争状态。这个版本中我们只是在很少情况下加锁,所以性能提高了很多。

John Potocny 建议移除 defer,因为会延误解锁时间(要在整个函数返回时才解锁),下面给出一个“终极”版本:

var source *memorySource
var present bool

if source, present = p.sources[name]; !present {
// The source wasn't found, so we'll create it.

p.lock.Lock() // lock the mutex
if source, present = p.sources[name]; !present {
	source = &memorySource{
		name: name,
		metrics: map[string]*memoryMetric{},
	}

	// Insert the newly created *memorySource.
	p.sources[name] = source
}
p.lock.Unlock() // unlock the mutex

}

// Note that if the source was present, we avoid the lock completely!

9,800,000 插入/秒!改了 4 行提升到 7 倍啊!!有木有!!!!


更新:(译注:原作者循序渐进非常赞)

上面实现正确么?No!通过 Go Data Race Detector 我们可以很轻松发现竟态条件,我们不能保证 map 在同时读写时的完整性。

下面给出不存在竟态条件、线程安全,应该算是“正确”的版本了。使用了 RWMutex,读操作不会被锁,写操作保持同步。

var source *memorySource
var present bool

p.lock.RLock()
if source, present = p.sources[name]; !present {
// The source wasn't found, so we'll create it.
p.lock.RUnlock()
p.lock.Lock()
if source, present = p.sources[name]; !present {
source = &memorySource{
name: name,
metrics: map[string]*memoryMetric{},
}

	// Insert the newly created *memorySource.
	p.sources[name] = source
}
p.lock.Unlock()

} else {
p.lock.RUnlock()
}

经测试,该版本性能为其之前版本的 93.8%,在保证正确性的前提先能到达这样已经很不错了。也许我们可以认为它们之间根本没有可比性,因为之前的版本是错的。

 

本文译自:Optimizing Concurrent Map Access in Go

  • golang

    Go 语言是 Google 推出的一种全新的编程语言,可以在不损失应用程序性能的情况下降低代码的复杂性。谷歌首席软件工程师罗布派克(Rob Pike)说:我们之所以开发 Go,是因为过去 10 多年间软件开发的难度令人沮丧。Go 是谷歌 2009 发布的第二款编程语言。

    491 引用 • 1383 回帖 • 371 关注
  • Concurrent
    4 引用 • 2 回帖
  • Map
    8 引用 • 12 回帖

相关帖子

欢迎来到这里!

我们正在构建一个小众社区,大家在这里相互信任,以平等 • 自由 • 奔放的价值观进行分享交流。最终,希望大家能够找到与自己志同道合的伙伴,共同成长。

注册 关于
请输入回帖内容 ...

推荐标签 标签

  • NetBeans

    NetBeans 是一个始于 1997 年的 Xelfi 计划,本身是捷克布拉格查理大学的数学及物理学院的学生计划。此计划延伸而成立了一家公司进而发展这个商用版本的 NetBeans IDE,直到 1999 年 Sun 买下此公司。Sun 于次年(2000 年)六月将 NetBeans IDE 开源,直到现在 NetBeans 的社群依然持续增长。

    78 引用 • 102 回帖 • 636 关注
  • FFmpeg

    FFmpeg 是一套可以用来记录、转换数字音频、视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。

    22 引用 • 31 回帖 • 13 关注
  • 以太坊

    以太坊(Ethereum)并不是一个机构,而是一款能够在区块链上实现智能合约、开源的底层系统。以太坊是一个平台和一种编程语言 Solidity,使开发人员能够建立和发布下一代去中心化应用。 以太坊可以用来编程、分散、担保和交易任何事物:投票、域名、金融交易所、众筹、公司管理、合同和知识产权等等。

    34 引用 • 367 回帖 • 2 关注
  • 思源笔记

    思源笔记是一款隐私优先的个人知识管理系统,支持完全离线使用,同时也支持端到端加密同步。

    融合块、大纲和双向链接,重构你的思维。

    18138 引用 • 66929 回帖
  • golang

    Go 语言是 Google 推出的一种全新的编程语言,可以在不损失应用程序性能的情况下降低代码的复杂性。谷歌首席软件工程师罗布派克(Rob Pike)说:我们之所以开发 Go,是因为过去 10 多年间软件开发的难度令人沮丧。Go 是谷歌 2009 发布的第二款编程语言。

    491 引用 • 1383 回帖 • 370 关注
  • 微信

    腾讯公司 2011 年 1 月 21 日推出的一款手机通讯软件。用户可以通过摇一摇、搜索号码、扫描二维码等添加好友和关注公众平台,同时可以将自己看到的精彩内容分享到微信朋友圈。

    129 引用 • 793 回帖
  • 资讯

    资讯是用户因为及时地获得它并利用它而能够在相对短的时间内给自己带来价值的信息,资讯有时效性和地域性。

    53 引用 • 85 回帖 • 3 关注
  • Kotlin

    Kotlin 是一种在 Java 虚拟机上运行的静态类型编程语言,由 JetBrains 设计开发并开源。Kotlin 可以编译成 Java 字节码,也可以编译成 JavaScript,方便在没有 JVM 的设备上运行。在 Google I/O 2017 中,Google 宣布 Kotlin 成为 Android 官方开发语言。

    19 引用 • 33 回帖 • 22 关注
  • JWT

    JWT(JSON Web Token)是一种用于双方之间传递信息的简洁的、安全的表述性声明规范。JWT 作为一个开放的标准(RFC 7519),定义了一种简洁的,自包含的方法用于通信双方之间以 JSON 的形式安全的传递信息。

    20 引用 • 15 回帖 • 18 关注
  • Sphinx

    Sphinx 是一个基于 SQL 的全文检索引擎,可以结合 MySQL、PostgreSQL 做全文搜索,它可以提供比数据库本身更专业的搜索功能,使得应用程序更容易实现专业化的全文检索。

    1 引用 • 170 关注
  • 运维

    互联网运维工作,以服务为中心,以稳定、安全、高效为三个基本点,确保公司的互联网业务能够 7×24 小时为用户提供高质量的服务。

    148 引用 • 257 回帖 • 3 关注
  • Docker

    Docker 是一个开源的应用容器引擎,让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的操作系统上。容器完全使用沙箱机制,几乎没有性能开销,可以很容易地在机器和数据中心中运行。

    475 引用 • 899 回帖 • 1 关注
  • 996
    13 引用 • 200 回帖 • 8 关注
  • GitHub

    GitHub 于 2008 年上线,目前,除了 Git 代码仓库托管及基本的 Web 管理界面以外,还提供了订阅、讨论组、文本渲染、在线文件编辑器、协作图谱(报表)、代码片段分享(Gist)等功能。正因为这些功能所提供的便利,又经过长期的积累,GitHub 的用户活跃度很高,在开源世界里享有深远的声望,并形成了社交化编程文化(Social Coding)。

    207 引用 • 2031 回帖
  • Angular

    AngularAngularJS 的新版本。

    26 引用 • 66 回帖 • 498 关注
  • Love2D

    Love2D 是一个开源的, 跨平台的 2D 游戏引擎。使用纯 Lua 脚本来进行游戏开发。目前支持的平台有 Windows, Mac OS X, Linux, Android 和 iOS。

    14 引用 • 53 回帖 • 506 关注
  • Wide

    Wide 是一款基于 Web 的 Go 语言 IDE。通过浏览器就可以进行 Go 开发,并有代码自动完成、查看表达式、编译反馈、Lint、实时结果输出等功能。

    欢迎访问我们运维的实例: https://wide.b3log.org

    30 引用 • 218 回帖 • 594 关注
  • Facebook

    Facebook 是一个联系朋友的社交工具。大家可以通过它和朋友、同事、同学以及周围的人保持互动交流,分享无限上传的图片,发布链接和视频,更可以增进对朋友的了解。

    4 引用 • 15 回帖 • 448 关注
  • 旅游

    希望你我能在旅途中找到人生的下一站。

    83 引用 • 894 回帖
  • RESTful

    一种软件架构设计风格而不是标准,提供了一组设计原则和约束条件,主要用于客户端和服务器交互类的软件。基于这个风格设计的软件可以更简洁,更有层次,更易于实现缓存等机制。

    30 引用 • 114 回帖 • 8 关注
  • Kubernetes

    Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎,它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。

    108 引用 • 54 回帖
  • Pipe

    Pipe 是一款小而美的开源博客平台。Pipe 有着非常活跃的社区,可将文章作为帖子推送到社区,来自社区的回帖将作为博客评论进行联动(具体细节请浏览 B3log 构思 - 分布式社区网络)。

    这是一种全新的网络社区体验,让热爱记录和分享的你不再感到孤单!

    131 引用 • 1114 回帖 • 153 关注
  • 持续集成

    持续集成(Continuous Integration)是一种软件开发实践,即团队开发成员经常集成他们的工作,通过每个成员每天至少集成一次,也就意味着每天可能会发生多次集成。每次集成都通过自动化的构建(包括编译,发布,自动化测试)来验证,从而尽早地发现集成错误。

    14 引用 • 7 回帖
  • 前端

    前端技术一般分为前端设计和前端开发,前端设计可以理解为网站的视觉设计,前端开发则是网站的前台代码实现,包括 HTML、CSS 以及 JavaScript 等。

    247 引用 • 1347 回帖
  • uTools

    uTools 是一个极简、插件化、跨平台的现代桌面软件。通过自由选配丰富的插件,打造你得心应手的工具集合。

    5 引用 • 13 回帖
  • CodeMirror
    1 引用 • 2 回帖 • 109 关注
  • Bug

    Bug 本意是指臭虫、缺陷、损坏、犯贫、窃听器、小虫等。现在人们把在程序中一些缺陷或问题统称为 bug(漏洞)。

    76 引用 • 1738 回帖 • 2 关注