C# 多线程猜想

公司分配给我一个活，让我给Kong网关做一个获取设置的站点。Kong网关号称几万的QPS的神器，我有点慌，如果因为我的站点拖累了Kong我就是千古罪人。

配合Kong的站点必须要经过性能测试，在性能测试的时候就发现个很有意思的现象，如果我用25条线程压我的站点，那么结果是这样的。

 

 如果我用50条线程去压站点，结果是这样的

 

 现象就是，我提高了并发数量，我的QPS其实并没有什么变化，但是我的单次平均响应时间缺提高了一倍。其实这种现象还是比较好解释的。首先，我们来了解一下，IIS的大概处理逻辑。

 

其实IIS维护了这么几个东西，首先一个是队列，用来提高服务器的同时处理请求数用的。这么说吧，假设我现在程序很原始很简陋，我一次只能处理一条请求，那么，我在处理一条请求的过程中，第二条请求过来了，那么这个时候我显然不应该告诉他，我现在正忙，没空搭理他，而应该是告诉他，你先等会，我马上来处理你。让他等会，其实就是相当于把他放到队列里边，一会再来处理。

另外一个概念叫做，同时处理数。刚才我的假设是我一次只能处理一条数据。但是我存在多个核，就算是一核在一个时间点上只能处理一条数据，那么，现在我机器是4核的，那么我最起码也应该能处理4条数据，假设现在一次性来了4条数据，那么这4条数据基本上可以认为是同时在处理的，但是如果同时来了8条数据，那么就是4条在处理，4条在等待。

现在来解释一下，为什么会出现50并发比25并发，提升了等待时间，但是QPS并没有提高。我想可以这么解释，其实QPS在25并发的时候已经接近于极限了，这个极限应该怎么算呢，大概就应该是1秒 * 同时处理数 / 每个请求的真实处理时间。可以看出来这个极限其实跟客户端的并发数没有什么直接联系。那么50并发的时候，为什么等待的时间反而变长了呢？那是因为，客户端并发数大于服务器同时处理数的时候，有一部分固定数量的请求在请求队列里，他必须等待已经进入处理逻辑的部分处理完，然后再处理自己，所以就造成了QPS并没有提升但是响应时间变长的现象发生。

因为是这样的多倍叠加的模式，所以，有时候，你会发现，你的接口，如果只是几毫秒响应的话，大家都很快。但是一旦你慢下来，响应时间是成指数级的增长。原因也很简单，主要有以下几个。

• 等待的队列边长了（因为前边处理的很慢，所以等的人越来越多）
• 等待的单次边长了（但是变长的人不止是你自己呀，还有你等待的其他人）

这几个情况一综合那可不是乘法运算嘛，那可不就是指数级增加嘛。

 

提问，那么究竟多少并发，才是最理想的状态呢？

之前考虑这个问题的时候，可能理所当然的认为，这个东西嘛，应该是跟CPU核数有关系，应该跟核数一样多就是最优解了吧。但是现实经常啪啪打脸。经过实测，一般是要比CPU核数多不少才是CPU不累，处理效率很高的状态。那么为什么会出现这种情况呢？我觉得这个问题有点大，我们需要拆开来看。

 

1、一个核心真的是一条线程执行的最快吗？

这个问题嘛，其实也对，也不对。说他对是因为，其实如果存在多条线程，那么多条线程之间切换的时候，其实也挺消耗资源的。但是多线程的为什么需要多线程呢？我觉得这个问题也可以拆成两个问题。在拆问题之前先给介绍两个概念。计算密集型、IO密集型，计算密集型就是你在做运算，加减乘除也好，比对也要，加密解密也好，这种主要依赖于CPU叫计算密集型线程。如果你的线程大部分时间都消耗在了读取网络数据，读取本地数据，或者驱动硬件等待返回这种情况叫做IO密集型。

1.1 一个核心真的是一个计算密集型最快吗？

是的。因为线程切换本身也是需要消耗资源的，频繁的切换其实对于计算密集型线程没有任何好处，因为计算量并没有变少反而变多了。

1.2 一个核心真的是一个IO密集型线程最快吗？

不对。多个IO密集型线程肯定比一个IO密集型线程要快，因为大部分时间，其实跟CPU没有关系，CPU大部分时间都是在等而已。所以让CPU一次性处理多个，反而更加占有优势。

 

2、为什么不是并发量跟同时处理数相等时是最优解。

真实的业务场景，一条线程并不是纯粹的IO或者计算，更多的时候是处于两者都有的情况。那么对于这种线程的话。反正不是一核一个最快，因为它毕竟是存在IO的情况。他们肯定要多处理几个才划算。

这样服务器等待客户端请求的时间就太长了，如果并发数量跟处理数量相等的话，那么对于一个并发来说，就相当于客户端发起请求、发送网络数据、服务器处理、发送网络数据、客户端接收网络数据，然后进行下一轮处理。这样的话就相当于客户端与服务器端处于同一个线程，单线程工作，并且中间存在了大量的等待的时间，所以服务器的QPS并不会上来。

 

最理想的状态应该是，以下的状态

• 等待队列中始终存在数据（不会让处理线程等待客户端请求）
• 客户端的请求进入等待队列后立马被处理（不会因为别的请求而造成响应时间过长，而引发下一步的等待队列过长）

根据上边总结的多线程的相关结论，一般一个核心肯定要处理多个线程，并且等待队列中存在并且存在不了多少数据。

那么最佳并发的结论应该是，核心数 * N（单核心同时处理线程数） + M（等待队列中存在的少数请求）。

 

题外话：为什么Golang号称利用协成能够更好的利用CPU 达到更高的运算效率呢？

我猜应该是将IO型线程中的多线程切换部分性能节省下来，用作于更多的CPU计算来提高了整体性能。