SpringBoot物理線程、虛擬線程、Webflux性能比較

來源：叢林medium.com

大量的文章評估了一系列技術(shù)（包括 Node.js、Deno、Bun、Rust、Go、Spring、Python 等）在簡單的“hello world”場景中的性能。雖然這些文章獲得了好評，但有一個共同點(diǎn)：忽略了現(xiàn)實(shí)場景開發(fā)中的復(fù)雜性 。

本文旨在通過現(xiàn)實(shí)場景的視角剖析各種技術(shù)，在這種特殊情況下，我們深入研究以下常見用例：

從 authorization header 中提取一個JWT。

驗(yàn)證JWT并從聲明中提取用戶的電子郵件。

使用提取的電子郵件執(zhí)行MySQL查詢。

最后，返回用戶的記錄。

雖然這個場景看起來似乎也很簡單，但它概括了 Web 開發(fā)領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

介紹

在本文中，我們將深入探討所有同級產(chǎn)品之間的友好比較，即具有「物理線程、虛擬線程和 Webflux 的 SpringBoot」 ，重點(diǎn)關(guān)注它們在特定用例場景中的性能。我們已經(jīng)探索了標(biāo)準(zhǔn) SpringBoot 應(yīng)用程序如何與 webflux 相媲美，但現(xiàn)在，我們引入一個關(guān)鍵的區(qū)別：

帶有虛擬線程的 Spring Boot

我們熟悉 SpringBoot，但有一點(diǎn)不同——它在虛擬線程而不是傳統(tǒng)的物理線程上運(yùn)行。虛擬線程是并發(fā)領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者。這些輕量級線程簡化了開發(fā)、維護(hù)和調(diào)試高吞吐量并發(fā)應(yīng)用程序的復(fù)雜任務(wù)。

雖然虛擬線程仍然在底層操作系統(tǒng)線程上運(yùn)行，但它們帶來了顯著的效率改進(jìn)。當(dāng)虛擬線程遇到阻塞 I/O 操作時，Java 運(yùn)行時會暫時掛起它，從而釋放關(guān)聯(lián)的操作系統(tǒng)線程來為其他虛擬線程提供服務(wù)。這個優(yōu)雅的解決方案優(yōu)化了資源分配并增強(qiáng)了整體應(yīng)用程序響應(yīng)能力。

考慮到這些有趣的設(shè)置，讓我們更深入地研究我們的性能比較。撰寫本文是為了解決最常見的請求之一，即查看物理、虛擬和 Webflux 在實(shí)際用例中的比較。

測試環(huán)境及軟件版本

我們的性能測試是在配備 16GB RAM 的 MacBook Pro M1 上進(jìn)行的，確保了可靠的測試平臺。用于這些測試的軟件堆棧包括：

SpringBoot 3.1.3（在Java 20上運(yùn)行）

啟用預(yù)覽模式以獲得虛擬線程的強(qiáng)大功能

jjwt用于JWT驗(yàn)證和解碼，增強(qiáng)我們應(yīng)用程序的安全性。

mysql-connector-java 用于執(zhí)行 MySQL 查詢，維護(hù)數(shù)據(jù)完整性和一致性。

負(fù)載測試和 JWT

為了評估我們的應(yīng)用程序在不同負(fù)載下的性能，我們使用了開源負(fù)載測試工具 Bombardier。我們的測試場景涉及預(yù)先創(chuàng)建的 100000 個 JWT 列表。在測試過程中，Bombardier 從該池中隨機(jī)選擇 JWT，并將它們包含在 HTTP 請求的授權(quán)標(biāo)頭中。

MySQL 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

用于這些性能測試的 MySQL 數(shù)據(jù)庫有一個名為 users 的表。該表設(shè)計(jì)有 6 列，足以模擬我們應(yīng)用程序中的真實(shí)數(shù)據(jù)交互，使我們能夠評估它們的響應(yīng)能力和可擴(kuò)展性。

mysql>descusers;
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
|Field|Type|Null|Key|Default|Extra|
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
|email|varchar(255)|NO|PRI|NULL||
|first|varchar(255)|YES||NULL||
|last|varchar(255)|YES||NULL||
|city|varchar(255)|YES||NULL||
|county|varchar(255)|YES||NULL||
|age|int|YES||NULL||
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
6rowsinset(0.00sec)

用戶數(shù)據(jù)庫已準(zhǔn)備好包含 100000 條用戶記錄的初始數(shù)據(jù)集。

mysql>selectcount(*)fromusers;
+----------+
|count(*)|
+----------+
|99999|
+----------+
1rowinset(0.01sec)

在我們對 SpringBoot 物理線程、虛擬線程和 Webflux 進(jìn)行友好性能評估的背景下，了解關(guān)鍵的數(shù)據(jù)關(guān)系至關(guān)重要。具體來說，在JSON Web Token（JWT）有效負(fù)載中，每個電子郵件條目直接對應(yīng)于存儲在 MySQL 數(shù)據(jù)庫中的一條用戶記錄。

代碼

SpringBoot（物理線程）

配置信息

server.port=3000
spring.datasource.url= jdbc//localhost:3306/testdb?useSSL=false&allowPublicKeyRetrieval=true
spring.datasource.username= dbuser
spring.datasource.password= dbpwd
spring.jpa.hibernate.ddl-auto= update
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.jpa.properties.hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.MySQLDialect

實(shí)體類

packagecom.example.demo;

importjakarta.persistence.Entity;
importjakarta.persistence.Table;
importjakarta.persistence.GeneratedValue;
importjakarta.persistence.GenerationType;
importjakarta.persistence.Id;

@Entity
@Table(name="users")
publicclassUser{
@Id
privateStringemail;

privateStringfirst;

privateStringlast;

privateStringcity;

privateStringcounty;

privateintage;

publicStringgetId(){
returnemail;
}

publicvoidsetId(Stringemail){
this.email=email;
}

publicStringgetFirst(){
returnfirst;
}

publicvoidsetFirst(Stringname){
this.first=name;
}

publicStringgetLast(){
returnlast;
}

publicvoidsetLast(Stringname){
this.last=name;
}

publicStringgetEmail(){
returnemail;
}

publicvoidsetEmail(Stringemail){
this.email=email;
}

publicStringgetCity(){
returncity;
}

publicvoidsetCity(Stringcity){
this.city=city;
}

publicStringgetCounty(){
returncounty;
}

publicvoidsetCounty(Stringcounty){
this.county=county;
}

publicintgetAge(){
returnage;
}

publicvoidsetAge(intage){
this.age=age;
}
}

啟動類

packagecom.example.demo;

importorg.springframework.boot.SpringApplication;
importorg.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
importorg.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatProtocolHandlerCustomizer;
importorg.springframework.context.annotation.Bean;

@SpringBootApplication
publicclassUserApplication{

publicstaticvoidmain(String[]args){
SpringApplication.run(UserApplication.class,args);
}
}

Controller層

packagecom.example.demo;

importorg.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RequestHeader;
importorg.springframework.http.ResponseEntity;
importorg.springframework.http.HttpStatus;
importorg.springframework.http.HttpHeaders;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RestController;
importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
importjava.util.Optional;
importio.jsonwebtoken.Jwts;
importio.jsonwebtoken.Jws;
importio.jsonwebtoken.Claims;
importio.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
importio.jsonwebtoken.security.Keys;
importjava.security.Key;
importcom.example.demo.UserRepository;
importcom.example.demo.User;

@RestController
publicclassUserController{

@Autowired
UserRepositoryuserRepository;

privateSignatureAlgorithmsa=SignatureAlgorithm.HS256;
privateStringjwtSecret=System.getenv("JWT_SECRET");

@GetMapping("/")
publicUserhandleRequest(@RequestHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION)StringauthHdr){
StringjwtString=authHdr.replace("Bearer","");
Claimsclaims=Jwts.parser()
.setSigningKey(jwtSecret.getBytes())
.parseClaimsJws(jwtString).getBody();

Optionaluser=userRepository.findById((String)claims.get("email"));
returnuser.get();
}
}

接口類

packagecom.example.demo;

importorg.springframework.data.repository.CrudRepository;
importcom.example.demo.User;

publicinterfaceUserRepositoryextendsCrudRepository{

}

Springboot（虛擬線程）

其余代碼基本照搬上述 「物理線程」 ， 啟動類修改如下：

packagecom.example.demo;

importorg.springframework.boot.SpringApplication;
importorg.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
importorg.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatProtocolHandlerCustomizer;
importorg.springframework.context.annotation.Bean;
importjava.util.concurrent.Executors;

@SpringBootApplication
publicclassUserApplication{

publicstaticvoidmain(String[]args){
SpringApplication.run(UserApplication.class,args);
}

@Bean
publicTomcatProtocolHandlerCustomizerprotocolHandlerVirtualThreadExecutorCustomizer(){
returnprotocolHandler->{
protocolHandler.setExecutor(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
};
}
}

SpringBoot（webflux）

server.port=3000
spring.r2dbc.url=r2dbc//localhost:3306/testdb?allowPublicKeyRetrieval=true&ssl=false
spring.r2dbc.username=dbuser
spring.r2dbc.password=dbpwd
spring.r2dbc.pool.initial-size=10
spring.r2dbc.pool.max-size=10

啟動類

packagewebfluxdemo;

importorg.springframework.boot.SpringApplication;
importorg.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
importorg.springframework.context.annotation.Bean;
importorg.springframework.core.io.ClassPathResource;
importorg.springframework.r2dbc.connection.init.ConnectionFactoryInitializer;
importorg.springframework.r2dbc.connection.init.ResourceDatabasePopulator;
importorg.springframework.web.reactive.config.EnableWebFlux;

importio.r2dbc.spi.ConnectionFactory;

@EnableWebFlux
@SpringBootApplication
publicclassUserApplication{

publicstaticvoidmain(String[]args){
SpringApplication.run(UserApplication.class,args);
}

}

Controller層代碼

packagewebfluxdemo;

importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
importorg.springframework.http.HttpStatus;
importorg.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
importorg.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
importorg.springframework.web.bind.annotation.ResponseStatus;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RestController;
importorg.springframework.web.bind.annotation.RequestHeader;
importorg.springframework.http.HttpHeaders;

importwebfluxdemo.User;
importwebfluxdemo.UserService;

importio.jsonwebtoken.Jwts;
importio.jsonwebtoken.Jws;
importio.jsonwebtoken.Claims;
importio.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
importio.jsonwebtoken.security.Keys;
importjava.security.Key;

importreactor.core.publisher.Flux;
importreactor.core.publisher.Mono;

@RestController
@RequestMapping("/")
publicclassUserController{
@Autowired
UserServiceuserService;

privateSignatureAlgorithmsa=SignatureAlgorithm.HS256;
privateStringjwtSecret=System.getenv("JWT_SECRET");

@GetMapping("/")
@ResponseStatus(HttpStatus.OK)
publicMonogetUserById(@RequestHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION)StringauthHdr){
StringjwtString=authHdr.replace("Bearer","");
Claimsclaims=Jwts.parser()
.setSigningKey(jwtSecret.getBytes())
.parseClaimsJws(jwtString).getBody();
returnuserService.findById((String)claims.get("email"));
}
}

接口類

packagewebfluxdemo;

importorg.springframework.data.r2dbc.repository.R2dbcRepository;
importorg.springframework.stereotype.Repository;

importwebfluxdemo.User;

publicinterfaceUserRepositoryextendsR2dbcRepository{

}

Service層代碼

packagewebfluxdemo;

importjava.util.Optional;

importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
importorg.springframework.stereotype.Service;

importwebfluxdemo.User;
importwebfluxdemo.UserRepository;

importreactor.core.publisher.Flux;
importreactor.core.publisher.Mono;

@Service
publicclassUserService{

@Autowired
UserRepositoryuserRepository;

publicMonofindById(Stringid){
returnuserRepository.findById(id);
}
}

結(jié)果

為了評估性能，我們進(jìn)行了一系列嚴(yán)格的測試。每個測試由100萬個請求組成，我們評估了它們在不同并發(fā)連接級別（50、100和300）下的性能。

現(xiàn)在，讓我們深入研究結(jié)果，以圖表形式呈現(xiàn)：

所用時間對比 每秒請求數(shù) 最小延遲 10%延遲 25%延遲 平均延遲 中位數(shù)延遲 75%延遲 90%延遲 99%延遲 最高延遲 平均CPU使用率 平均內(nèi)存使用率

分析

在此設(shè)置中，即使用MySQL驅(qū)動程序時，虛擬線程提供的性能最低、Webflux保持遙遙領(lǐng)先。

審核編輯：湯梓紅