thr*_*thr 9 .net f# functional-programming actor
我一直在尝试设计一个允许大量并发用户同时在内存中表示的系统.当我开始设计这个系统时,我立刻想到了某种基于actor的解决方案,这是Erlang的亲属.
系统必须在.NET中完成,所以我开始使用MailboxProcessor在F#中开发原型,但是遇到了严重的性能问题.我最初的想法是每个用户使用一个actor(MailboxProcessor)来为一个用户序列化通信通信.
我已经隔离了一小段代码,它重现了我所看到的问题:
open System.Threading;
open System.Diagnostics;
type Inc() =
let mutable n = 0;
let sw = new Stopwatch()
member x.Start() =
sw.Start()
member x.Increment() =
if Interlocked.Increment(&n) >= 100000 then
printf "UpdateName Time %A" sw.ElapsedMilliseconds
type Message
= UpdateName of int * string
type User = {
Id : int
Name : string
}
[<EntryPoint>]
let main argv =
let sw = Stopwatch.StartNew()
let incr = new Inc()
let mb =
Seq.initInfinite(fun id ->
MailboxProcessor<Message>.Start(fun inbox ->
let rec loop user =
async {
let! m = inbox.Receive()
match m with
| UpdateName(id, newName) ->
let user = {user with Name = newName};
incr.Increment()
do! loop user
}
loop {Id = id; Name = sprintf "User%i" id}
)
)
|> Seq.take 100000
|> Array.ofSeq
printf "Create Time %i\n" sw.ElapsedMilliseconds
incr.Start()
for i in 0 .. 99999 do
mb.[i % mb.Length].Post(UpdateName(i, sprintf "User%i-UpdateName" i));
System.Console.ReadLine() |> ignore
0
在我的四核i7上创建100k演员需要大约800ms.然后将UpdateName消息提交给每个演员并等待他们完成大约需要1.8秒.
现在,我意识到所有队列都有开销:在ThreadPool上,在MailboxProcessor内部设置/重置AutoResetEvents等.但这真的是预期的表现吗？通过阅读MSDN和MailboxProcessor上的各种博客,我已经认识到它将成为erlang演员的亲戚,但从我看到的深渊表现来看,这在现实中似乎并不成立？
我还尝试了代码的修改版本,该代码使用8个MailboxProcessors,每个代码都包含一个Map<int, User>用于按id查找用户的映射,它产生了一些改进,将UpdateName操作的总时间降低到1.2秒.但它仍然感觉很慢,修改后的代码在这里:
open System.Threading;
open System.Diagnostics;
type Inc() =
let mutable n = 0;
let sw = new Stopwatch()
member x.Start() =
sw.Start()
member x.Increment() =
if Interlocked.Increment(&n) >= 100000 then
printf "UpdateName Time %A" sw.ElapsedMilliseconds
type Message
= CreateUser of int * string
| UpdateName of int * string
type User = {
Id : int
Name : string
}
[<EntryPoint>]
let main argv =
let sw = Stopwatch.StartNew()
let incr = new Inc()
let mb =
Seq.initInfinite(fun id ->
MailboxProcessor<Message>.Start(fun inbox ->
let rec loop users =
async {
let! m = inbox.Receive()
match m with
| CreateUser(id, name) ->
do! loop (Map.add id {Id=id; Name=name} users)
| UpdateName(id, newName) ->
match Map.tryFind id users with
| None ->
do! loop users
| Some(user) ->
incr.Increment()
do! loop (Map.add id {user with Name = newName} users)
}
loop Map.empty
)
)
|> Seq.take 8
|> Array.ofSeq
printf "Create Time %i\n" sw.ElapsedMilliseconds
for i in 0 .. 99999 do
mb.[i % mb.Length].Post(CreateUser(i, sprintf "User%i-UpdateName" i));
incr.Start()
for i in 0 .. 99999 do
mb.[i % mb.Length].Post(UpdateName(i, sprintf "User%i-UpdateName" i));
System.Console.ReadLine() |> ignore
0
所以我的问题在这里,我做错了什么？我是否误解了应该如何使用MailboxProcessor？或者这是预期的表现.
更新:
所以我在## fsharp @ irc.freenode.net上找到了一些人,这告诉我使用sprintf非常慢,而事实证明这是我的大部分性能问题都来自于.但是,删除上面的sprintf操作并且只为每个用户使用相同的名称,我仍然最终需要大约400ms才能进行操作,这感觉非常慢.
Jon*_*rop 16
现在,我意识到所有队列都有开销:在ThreadPool上,在MailboxProcessor内部设置/重置AutoResetEvents等.
而且printf,Map,Seq和争夺的全局可变Inc.而且你正在泄漏堆分配的堆栈帧.事实上,只有一小部分时间用于运行基准测试与此有关MailboxProcessor.
但这真的是预期的表现吗？
我对你的程序的性能并不感到惊讶,但它并没有说明性能MailboxProcessor.
通过阅读MSDN和MailboxProcessor上的各种博客,我已经认识到它将成为erlang演员的亲戚,但从我看到的深渊表现来看,这在现实中似乎并不成立？
在MailboxProcessor概念上有点类似二郎的一部分.你所看到的糟糕表现是由于各种各样的事情,其中一些是相当微妙的,并将影响任何这样的程序.
所以我的问题在这里,我做错了什么？
我觉得你做错了几件事.首先,你试图解决的问题不明确,所以这听起来像一个XY问题.其次,您正在尝试对错误的事情进行基准测试(例如,您正在抱怨创建一个微秒所需的时间,MailboxProcessor但可能只在建立TCP连接时才会这样做,这需要花费几个数量级的时间).第三,你已经编写了一个基准程序来衡量一些事情的表现,但是把你的观察结果归结为完全不同的事情.
让我们更详细地看一下您的基准程序.在我们做任何其他事情之前,让我们修复一些错误.您应该始终使用它sw.Elapsed.TotalSeconds来测量时间,因为它更精确.您应始终使用return!和不使用异步工作流重复,do!否则您将泄漏堆栈帧.
我的初步时间是:
Creation stage: 0.858s
Post stage: 1.18s
接下来,让我们运行一个配置文件,以确保我们的程序真正花费大部分时间来颠倒F#MailboxProcessor:
77% Microsoft.FSharp.Core.PrintfImpl.gprintf(...)
4.4% Microsoft.FSharp.Control.MailboxProcessor`1.Post(!0)
显然不是我们所希望的.更抽象地思考,我们使用类似的东西生成大量数据sprintf,然后应用它,但我们正在一起进行生成和应用.让我们分离出我们的初始化代码:
let ids = Array.init 100000 (fun id -> {Id = id; Name = sprintf "User%i" id})
...
ids
|> Array.map (fun id ->
MailboxProcessor<Message>.Start(fun inbox ->
...
loop id
...
printf "Create Time %fs\n" sw.Elapsed.TotalSeconds
let fxs =
[|for i in 0 .. 99999 ->
mb.[i % mb.Length].Post, UpdateName(i, sprintf "User%i-UpdateName" i)|]
incr.Start()
for f, x in fxs do
f x
...
现在我们得到:
Creation stage: 0.538s
Post stage: 0.265s
因此创建速度提高了60%,发布速度提高了4.5倍.
让我们尝试完全重写您的基准:
do
for nAgents in [1; 10; 100; 1000; 10000; 100000] do
let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
use barrier = new System.Threading.Barrier(2)
let nMsgs = 1000000 / nAgents
let nAgentsFinished = ref 0
let makeAgent _ =
new MailboxProcessor<_>(fun inbox ->
let rec loop n =
async { let! () = inbox.Receive()
let n = n+1
if n=nMsgs then
let n = System.Threading.Interlocked.Increment nAgentsFinished
if n = nAgents then
barrier.SignalAndWait()
else
return! loop n }
loop 0)
let agents = Array.init nAgents makeAgent
for agent in agents do
agent.Start()
printfn "%fs to create %d agents" timer.Elapsed.TotalSeconds nAgents
timer.Restart()
for _ in 1..nMsgs do
for agent in agents do
agent.Post()
barrier.SignalAndWait()
printfn "%fs to post %d msgs" timer.Elapsed.TotalSeconds (nMsgs * nAgents)
timer.Restart()
for agent in agents do
use agent = agent
()
printfn "%fs to dispose of %d agents\n" timer.Elapsed.TotalSeconds nAgents
此版本期望nMsgs每个代理在该代理之前增加共享计数器,从而大大降低该共享计数器的性能影响.该程序还检查了不同数量的代理的性能.在这台机器上我得到:
Agents M msgs/s
1 2.24
10 6.67
100 7.58
1000 5.15
10000 1.15
100000 0.36
因此,您看到的msg/s速度较低的部分原因似乎是异常大量(100,000)的代理.使用10-1,000个代理程序,F#实现速度比使用100,000个代理程序快10倍以上.
因此,如果您可以使用这种性能,那么您应该能够在F#中编写整个应用程序,但如果您需要获得更多性能,我建议您使用不同的方法.你可能甚至不必牺牲使用F#(并且你当然可以用它来进行原型设计)采用像Disruptor这样的设计.在实践中,我发现在.NET上进行序列化所花费的时间往往远远大于在F#async中花费的时间MailboxProcessor.
消除后sprintf，我得到了大约 12 秒（Mac 上的单声道没那么快）。采用 Phil Trelford 的建议，使用 Dictionary 而不是 Map，结果达到了 600 毫秒。还没有在 Win/.Net 上尝试过。
代码更改非常简单，并且本地可变性对我来说是完全可以接受的：
let mb =
Seq.initInfinite(fun id ->
MailboxProcessor<Message>.Start(fun inbox ->
let di = System.Collections.Generic.Dictionary<int,User>()
let rec loop () =
async {
let! m = inbox.Receive()
match m with
| CreateUser(id, name) ->
di.Add(id, {Id=id; Name=name})
return! loop ()
| UpdateName(id, newName) ->
match di.TryGetValue id with
| false, _ ->
return! loop ()
| true, user ->
incr.Increment()
di.[id] <- {user with Name = newName}
return! loop ()
}
loop ()
)
)
|> Seq.take 8
|> Array.ofSeq