Ruby 多線程的潛力和弱點(diǎn)分析

2020-10-29 19:41:57

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

Web 應(yīng)用大多是 IO 密集型的，利用 Ruby 多進(jìn)程+多線程模型將能大幅提升系統(tǒng)吞吐量。其原因在于：當(dāng)Ruby 某個(gè)線程處于 IO Block 狀態(tài)時(shí)，其它的線程還可以繼續(xù)執(zhí)行。但由于存在 Ruby GIL (Global Interpreter Lock)，MRI Ruby 并不能真正利用多線程進(jìn)行并行計(jì)算。JRuby 去除了 GIL，是真正意義的多線程，既能應(yīng)付 IO Block，也能充分利用多核 CPU 加快整體運(yùn)算速度。

上面說得比較抽象，下面就用例子一一加以說明。

Ruby 多線程和 IO Block

先看下面一段代碼（演示目的，沒有實(shí)際用途）：

復(fù)制代碼代碼如下:

# 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

代碼很簡(jiǎn)單，3 個(gè)方法，用 sleep 模擬耗時(shí)的 IO 操作。運(yùn)行代碼（環(huán)境 MRI Ruby 1.9.3）結(jié)果是：

復(fù)制代碼代碼如下:

$ 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

比較慢，時(shí)間都耗在 sleep 上了，總共花了 10 多秒。

采用多線程的方式，改寫如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

# 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 }

運(yùn)行的結(jié)果是：

復(fù)制代碼代碼如下:

$ 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

總共花了 6 秒多，明顯快了許多，只比最長(zhǎng)的 sleep 5 秒多了一點(diǎn)。

上面的例子說明，Ruby 的多線程能夠應(yīng)付 IO Block，當(dāng)某個(gè)線程處于 IO Block 狀態(tài)時(shí)，其它的線程還可以繼續(xù)執(zhí)行，從而使整體處理時(shí)間大幅縮短。

Ruby GIL 的影響

還是先看一段代碼（演示目的）：

復(fù)制代碼代碼如下:

# File: gil1.rb

require 'securerandom'
require 'zlib'

data = SecureRandom.hex(4096000)

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

代碼先隨機(jī)生成一些數(shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行壓縮，壓縮是非常耗 CPU 的，在我機(jī)器(雙核 CPU, MRI Ruby 1.9.3)運(yùn)行結(jié)果如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

$ time ruby gil1.rb

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

更改為多線程版本，代碼如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

# 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}

多線程的版本運(yùn)行結(jié)果如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

$ time ruby gil2.rb

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

從結(jié)果可以看出，由于 MRI Ruby GIL 的存在，Ruby 多線程并不能重復(fù)利用多核 CPU，使用多線程后整體所花時(shí)間并不縮短，反而由于線程切換的影響，所花時(shí)間還略有增加。

JRuby 去除了 GIL

使用 JRuby (我的機(jī)器上是 JRuby 1.7.0)運(yùn)行 gil1.rb 和 gil2.rb，得到很不一樣的結(jié)果。

復(fù)制代碼代碼如下:

$ time jruby gil1.rb

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

復(fù)制代碼代碼如下:

$ time jruby gil2.rb

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

可以看到，JRuby 使用多線程時(shí)，整體運(yùn)行時(shí)間有明顯縮短（7.58 比 12.22），這是由于 JRuby 去除了 GIL，可以真正并行的執(zhí)行多線程，充分利用了多核 CPU。

總結(jié)：Ruby 多線程可以在某個(gè)線程 IO Block 時(shí)，依然能夠執(zhí)行其它線程，從而降低 IO Block 對(duì)整體的影響，但由于 MRI Ruby GIL 的存在，MRI Ruby 并不是真正的并行執(zhí)行，JRuby 去除了 GIL，可以做到真正的多線程并行執(zhí)行。

上一篇：用實(shí)際代碼演示Ruby的容易被誤解的6個(gè)特性

下一篇：Ruby常量查找路徑問題深入研究