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背景介绍
MySQL常用（目前线上使用）的线程调度方式是one-thread-per-connection（每连接一个线程），server为每一个连接创建一个线程来服务，连接断开后，这个线程进入thread_cache或者直接退出（取决于thread_cache设置及系统当前已经cache的线程数目），one-thread-per-connection调度的好处是实现简单，而且能够在系统没有遇到瓶颈之前保证较小的响应时间，比较适合活跃的长连接的应用场景，而在大量短连接或者高并发情况下，one-thread-per-connection需要创建/调度大量的线程，产生较高的的context-switch代价，从而使得系统性能下降
为了解决这个问题，Oracle和MariaDB分别推出了threadpool方案，目前Oracle的threadpool实现为plugin方式，并且只添加到在Enterprise版本中，没有公布代码，MariaDB threadpool在5.5版本中引入，我们一直密切关注社区动态并在第一时间测试了MariaDB threapool性能，并且发现了一些其中的问题，比如：要像发挥线程池的优势，需要尽量控制线程池中线程数目，否则会退化成one-thread-per-connection，而如果严格控制线程池中线程数据，可能会出现调度上的死锁，percona在移植MariaDB threadpool的实现后进一步优化了线程池性能，通过引入优先队列很好解决了这个问题，经测试效果明显，因此我们将这个特性port到了AliMySQL中
实现简介
1. threadpool中worker线程处理单位为一个sql，而不是one-thread-per-connection对应的一个连接；当worker线程处理完A连接发送来的一个sql后，A连接没有立刻发送第二条sql，worker线程会去服务其它连接发送来的sql，因此worker线程工作效率更高，系统需要的线程数也更少
2. threadpool本质上是一个生产者-消费者模型，为了减小竞争，threadpool被划分为N个group（n默认为cpu核心数），连接发送的sql根据连接id分配到不同的group中，因此，同一个连接发送的所有sql是被同一个group中的worker线程处理的
3. 每个group都有2个任务队列，即优先队列和普通队列，如果一个sql所在的事务已经开启，则将任务放到优先队列中，否则放到普通队列中，worker线程优先从优先队列中取任务执行，当优先队列为空则从普通队列取任务执行，这个可以保证已经开启的事务优先得到执行，从而尽早释放其占用的资源（主要是锁），可以有效减小响应时间，并且避免调度上的死锁（A和B被分到不同的group中，A事务已经开启，并且获得了锁，可能无法立即得到调度执行，B事务依赖A事务释放锁资源，但是先于A得到调度）
4. 每个group中每个worker线程地位一样，如果遇到任务队列为空的情况，线程会调用epoll_wait批量取任务
5. threadpool额外创建了一个timer线程，每隔一段时间检查一遍所有的group，如果发现group出现异常（堵塞/超时/worker线程数目不够），及时唤醒线程
关于MySQL线程调度接口以及MariaDB threadpool实现细节可以参考之前我写的两篇博客：mysql thread sheduler 源码分析，mariadb 5.5 threadpool 源码分析
threadpool相关参数
root@(none) 05:33:27>show global variables like '%thread_pool%'; +-------------------------------+--------------+ | Variable_name | Value | +-------------------------------+--------------+ | thread_pool_high_prio_mode | transactions | | thread_pool_high_prio_tickets | 4294967295 | | thread_pool_idle_timeout | 60 | | thread_pool_max_threads | 100000 | | thread_pool_oversubscribe | 3 | | thread_pool_size | 24 | | thread_pool_stall_limit | 500 | +-------------------------------+--------------+ 7 rows in set (0.00 sec) |
thread_pool_high_prio_mode
有三个取值：transactions / statements / none
transactions(default): 使用优先队列和普通队列，对于事务已经开启的statement，放到优先队列中，否则放到普通队列中
statements：只使用优先队列
none: 只是用普通队列，本质上和statements相同，都是只是用一个队列
thread_pool_high_prio_tickets
取值0~4294967295，当开启了优先队列模式后（thread_pool_high_prio_mode=transactions），每个连接最多允许thread_pool_high_prio_tickets次被放到优先队列中，之后放到普通队列中，默认为4294967295
thread_pool_idle_timeout
worker线程最大空闲时间，单位为秒，超过限制后会退出，默认60
thread_pool_max_threads
threadpool中最大线程数目，所有group中worker线程总数超过该限制后不能继续创建更多线程，默认100000
thread_pool_oversubscribe
一个group中线程数过载限制，当一个group中线程数超过次限制后，继续创建worker线程会被延迟，默认3
thread_pool_size
threadpool中group数量，默认为cpu核心数，server启动时自动计算
thread_pool_stall_limit
timer线程检测间隔，单位为毫秒，默认500
性能测试
测试硬件：
mysql服务器：mybxxxxxx.cm3
mytest压力机：myayyyyyy.cm3
两台机器都为24核心cpu，192G内存，bufferpool: 70G
性能指标：
QPS/TPS/RT(Response time)
实验对照
one-thread-per-connection: 基准数据
threadpool(high prio off): 线程池方案，优先队列不开启
threadpool(high prio on): 线程池方案，开启优先队列
只读场景
tc_read_1_3(读取数据占所有数据1/3)，tcbuyer_0000(数据量120G)，sql序列：
set autocommit=0; select...; commit; select...; commit;... |
QPS：
RT：
结果说明
threadpool方案，开启优先队列后能够在高并发下维持最高性能，且RT更低，而不开启优先队列，在高并发下性能甚至会比one-thread-per-connection低，原因：本测试中，sql执行序列为：
set autocommit=0; select…; commit; select…; commit;…在不开启优先队列的情况下，因为线程池以sql为调度单位，导致活跃事务链表相对于one-thread-per-connection更长
thread_pool_stall_limit影响：
1. thread_pool_stall_limit = 500（default，RT 50ms，活跃事务589个，QPS：22K）
- - --------- -----load-avg---- ---cpu-usage--- ---swap--- -QPS- -TPS- -Hit%- ---innodb rows status--- ------threads------ --------tcprstat(us)-------- - - - time | 1m 5m 15m |usr sys idl iow| si so| ins upd del sel iud| lor hit| ins upd del read| run con cre cac| count avg 95-avg 99-avg| 16:01:45|24.42 28.74 41.41| 58 26 16 0| 0 0| 0 0 0 22156 0| 45074 100.00| 0 0 0 22147| 32 2050 0 0| 27401 51453 48623 50722| 16:01:50|24.71 28.72 41.34| 56 27 17 0| 0 0| 0 0 0 22197 0| 45085 100.00| 0 0 0 22188| 32 2050 0 0| 29130 50076 47418 49414| 16:01:55|24.97 28.71 41.27| 57 27 17 0| 0 0| 0 0 0 22368 0| 45490 100.00| 0 0 0 22363| 28 2050 0 0| 28890 50118 47570 49484| 16:02:01|24.74 28.60 41.17| 57 26 17 0| 0 0| 0 0 0 22139 0| 44947 100.00| 0 0 0 22126| 30 2050 0 0| 29835 49205 46741 48593| 16:02:06|24.44 28.47 41.06| 57 26 17 0| 0 0| 0 0 0 22350 0| 45434 100.00| 0 0 0 22343| 33 2050 0 0| 28861 50235 47547 49553| |
$mysql -uroot -e "show engine innodb statusG"|grep 'TRANSACTION'|grep 'ACTIVE'|wc -l 589 |
2. thread_pool_stall_limit = 50（RT 30ms，活跃事务233个，QPS：43K）
- - --------- -----load-avg---- ---cpu-usage--- ---swap--- -QPS- -TPS- -Hit%- ---innodb rows status--- ------threads------ --------tcprstat(us)-------- - - - time | 1m 5m 15m |usr sys idl iow| si so| ins upd del sel iud| lor hit| ins upd del read| run con cre cac| count avg 95-avg 99-avg| 16:05:07|36.72 30.31 39.44| 61 34 5 0| 0 0| 0 0 0 43161 0| 87709 100.00| 0 0 0 43086| 90 2050 0 0| 27352 32342 28501 31226| 16:05:13|37.14 30.51 39.46| 61 34 5 0| 0 0| 0 0 0 43569 0| 88545 100.00| 0 0 0 43489| 91 2050 0 0| 25431 34640 30410 33380| 16:05:18|39.69 31.15 39.61| 62 34 5 0| 0 0| 0 0 0 42948 0| 87307 100.00| 0 0 0 42872| 93 2050 0 0| 26660 33376 29565 32292| 16:05:23|41.88 31.74 39.76| 61 34 5 0| 0 0| 0 0 0 43063 0| 87508 100.00| 0 0 0 42977| 88 2050 0 0| 28459 32175 28363 31055| 16:05:28|44.05 32.36 39.92| 62 33 5 0| 0 0| 0 0 0 43448 0| 88287 100.00| 0 0 0 43375| 89 2050 0 0| 25910 34201 30115 32981| |
$mysql -uroot -e "show engine innodb statusG"|grep 'TRANSACTION'|grep 'ACTIVE'|wc -l 233 |
3. thread_pool_stall_limit = 30（RT 30ms，活跃事务127个，QPS：52K）
- - --------- -----load-avg---- ---cpu-usage--- ---swap--- -QPS- -TPS- -Hit%- ---innodb rows status--- ------threads------ --------tcprstat(us)-------- - - - time | 1m 5m 15m |usr sys idl iow| si so| ins upd del sel iud| lor hit| ins upd del read| run con cre cac| count avg 95-avg 99-avg| 16:06:43|57.76 39.25 41.74| 64 33 3 0| 0 0| 0 0 0 52850 0| 107456 100.00| 0 0 0 52740| 95 2050 0 0| 26054 28743 24475 27464| 16:06:48|59.46 39.91 41.94| 66 32 3 0| 0 0| 0 0 0 53107 0| 107873 100.00| 0 0 0 52997| 95 2050 0 0| 22254 32018 27256 30635| 16:06:54|61.02 40.56 42.14| 64 33 3 0| 0 0| 0 0 0 51907 0| 105618 100.00| 0 0 0 51837| 95 2050 0 0| 23849 30579 26223 29298| 16:06:59|59.73 40.97 42.26| 64 33 3 0| 0 0| 0 0 0 52717 0| 107101 100.00| 0 0 0 52571| 94 2050 0 0| 23591 30359 26042 29117| 16:07:04|60.31 41.40 42.39| 64 33 3 0| 0 0| 0 0 0 52412 0| 106468 100.00| 0 0 0 52306| 93 2050 0 0| 26934 28257 24280 27082| |
$mysql -uroot -e "show engine innodb statusG"|grep 'TRANSACTION'|grep 'ACTIVE'|wc -l 127 |
解释：thread_pool_stall_limit 是后台timer线程检测任务是否堵塞的时间间隔，在并发压力较大时，该参数设置过大可能会造成timer线程无法及时唤醒/创建worker线程，从测试结果中可以看出该参数设置为最大可接受的RT比较合适（应用期望DB的最大响应时间）
读写场景>/h4>
tc_rw_5_1(读写压力为5:1)，tcbuyer_0000(数据量约120G)，sql序列：
set autocommit=0; update...;update;commit/select...;select...;commit/update...;select...;commit/... |
QPS + TPS
RT：
结果说明
开启优先队列的threadpool在高并发下可以保持最高性能，同时rt也较小，而one-thread-per-connection与不开启优先队列的threadpool调度方案在高并发下性能急剧下降，rt明显升高
测试结论
开启优先队列的threadpool通过优先调度已开启事务缩短事务执行时间，在高并发下可以保持最高性能，同时保证较小的rt
MySQL 参数配置
[mysqld_safe] pid-file=/u01/my3306/run/mysqld.pid malloc-lib=/u01/mysql/lib/libjemalloc.so [mysql] port=3306 prompt=\u@\d \r:\m:\s> default-character-set=gbk no-auto-rehash [client] port=3306 socket=/u01/my3306/run/mysql.sock [mysqld] #dir basedir=/u01/my3306 datadir=/u01/my3306/data tmpdir=/u01/my3306/tmp lc_messages_dir=/u01/mysql/share #log-error=/u01/my3306/log/alert.log slow_query_log_file=/u01/my3306/log/slow.log general_log_file=/u01/my3306/log/general.log socket=/u01/my3306/run/mysql.sock #innodb innodb_data_home_dir=/u01/my3306/data innodb_log_group_home_dir=/u01/my3306/data innodb_data_file_path = ibdata1:4G;ibdata2:16M:autoextend innodb_buffer_pool_size=70G innodb_buffer_pool_instances=8 innodb_log_files_in_group=4 innodb_log_file_size=1G innodb_log_buffer_size=200M innodb_flush_log_at_trx_commit=1 innodb_additional_mem_pool_size=20M innodb_max_dirty_pages_pct=60 innodb_io_capacity=1000 innodb_thread_concurrency=32 innodb_read_io_threads=8 innodb_write_io_threads=8 innodb_open_files=60000 innodb_file_format=Barracuda innodb_file_per_table=1 innodb_flush_method=O_DIRECT innodb_flush_neighbor_pages=0 innodb_change_buffering=inserts innodb_adaptive_flushing=1 innodb_adaptive_flushing_method=keep_average innodb_adaptive_hash_index_partitions=1 innodb_old_blocks_time=1000 innodb_fast_checksum=1 innodb_stats_on_metadata=0 innodb_lazy_drop_table=0 innodb_read_ahead=0 innodb_use_native_aio=0 innodb_lock_wait_timeout=5 innodb_rollback_on_timeout=0 innodb_purge_threads=1 innodb_strict_mode=1 transaction-isolation=READ-COMMITTED #myisam key_buffer=64M myisam_sort_buffer_size=64M concurrent_insert=2 delayed_insert_timeout=300 #replication master-info-file=/u01/my3306/log/master.info relay-log=/u01/my3306/log/relaylog relay_log_info_file=/u01/my3306/log/relay-log.info relay-log-index=/u01/my3306/log/mysqld-relay-bin.index slave_load_tmpdir=/u01/my3306/tmp slave_type_conversions="ALL_NON_LOSSY" slave_net_timeout=4 skip-slave-start sync_master_info=1000 sync_relay_log_info=1000 #binlog log-bin=/u01/my3306/log/mysql-bin server_id=0 binlog_cache_size=32K max_binlog_cache_size=2G max_binlog_size=500M binlog-format=ROW sync_binlog=1000 log-slave-updates=1 expire_logs_days=0 #server default-storage-engine=INNODB character-set-server=gbk lower_case_table_names=1 skip-external-locking open_files_limit=655360 safe-user-create local-infile=1 #sqlmod="STRICT_ALL_TABLES,NO_ZERO_IN_DATE,NO_ZERO_DATE" performance_schema=0 log_slow_admin_statements=1 log_slow_verbosity=full log_warnings=1 long_query_time=1 slow_query_log=1 general_log=0 query_cache_type=0 query_cache_limit=1M query_cache_min_res_unit=1K table_definition_cache=65536 table_cache=65536 thread_stack=512K thread_cache_size=256 read_rnd_buffer_size=128K sort_buffer_size=256K join_buffer_size=128K read_buffer_size=128K port=3306 skip-name-resolve skip-ssl max_connections=18500 max_user_connections=18000 max_connect_errors=65536 max_allowed_packet=128M connect_timeout=8 net_read_timeout=30 net_write_timeout=60 back_log=1024 |