MySQL詳解（7）-----------MySQL線程池總結(一)，mysql線程池

MySQL詳解（7）-----------MySQL線程池總結(一)，mysql線程池

線程池是Mysql5.6的一個核心功能，對於伺服器應用而言，無論是web應用服務還是DB服務，高並發請求始終是一個繞不開的話題。當有大量請求並發訪問時，一定伴隨著資源的不斷建立和釋放，導致資源使用率低，降低了服務品質。線程池是一種通用的技術，通過預先建立一定數量的線程，當有請求達到時，線程池分配一個線程提供服務，請求結束後，該線程又去服務其他請求。 通過這種方式，避免了線程和記憶體對象的頻繁建立和釋放，降低了服務端的並發度，減少了環境切換和資源的競爭，提高資源利用效率。所有服務的線程池本質都是位了提高資源利用效率，並且實現方式也大體相同。本文主要說明Mysql線程池的實現原理。

在Mysql5.6出現以前，Mysql處理串連的方式是One-Connection-Per-Thread,即對於每一個資料庫連接，Mysql-Server都會建立一個獨立的線程服務，請求結束後，銷毀線程。再來一個串連請求，則再建立一個串連，結束後再進行銷毀。這種方式在高並發情況下，會導致線程的頻繁建立和釋放。當然，通過thread-cache，我們可以將線程緩衝起來，以供下次使用，避免頻繁建立和釋放的問題，但是無法解決高串連數的問題。One-Connection-Per-Thread方式隨著串連數暴增，導致需要建立同樣多的服務線程，高並發線程意味著高的記憶體消耗，更多的環境切換(cpu cache命中率降低)以及更多的資源競爭，導致服務出現抖動。相對於One-Thread-Per-Connection方式，一個線程對應一個串連，Thread-Pool實現方式中，線程處理的最小單位是statement(語句)，一個線程可以處理多個串連的請求。這樣，在保證充分利用硬體資源情況下(合理設定線程池大小)，可以避免瞬間串連數暴增導致的伺服器抖動。

調度方式實現

Mysql-Server同時支援3種串連管理方式，包括No-Threads，One-Thread-Per-Connection和Pool-Threads。No-Threads表示處理串連使用主線程處理，不額外建立線程，這種方式主要用於調試；One-Thread-Per-Connection是線程池出現以前最常用的方式，為每一個串連建立一個線程服務；Pool-Threads則是本文所討論的線程池方式。Mysql-Server通過一組函數指標來同時支援3種串連管理方式，對於特定的方式，將函數指標設定成特定的回呼函數，串連管理方式通過thread_handling參數控制，代碼如下：

if (thread_handling <= SCHEDULER_ONE_THREAD_PER_CONNECTION)     one_thread_per_connection_scheduler(thread_scheduler,                                      &max_connections,                                      &connection_count);else if (thread_handling == SCHEDULER_NO_THREADS)  one_thread_scheduler(thread_scheduler);else                                   pool_of_threads_scheduler(thread_scheduler, &max_connections,&connection_count);

串連管理流程

下面代碼展示了scheduler_functions模板和線程池對模板回呼函數的實現，這個是多種串連管理的核心。

struct scheduler_functions { uint max_threads;uint *connection_count; ulong *max_connections; bool (*init)(void); bool (*init_new_connection_thread)(void);void (*add_connection)(THD *thd);void (*thd_wait_begin)(THD *thd, int wait_type);void (*thd_wait_end)(THD *thd);void (*post_kill_notification)(THD *thd);bool (*end_thread)(THD *thd, bool cache_thread);void (*end)(void);};

static scheduler_functions tp_scheduler_functions={ 0, // max_threadsNULL,NULL, tp_init, // initNULL, // init_new_connection_threadtp_add_connection, // add_connectiontp_wait_begin, // thd_wait_begin tp_wait_end, // thd_wait_endtp_post_kill_notification, // post_kill_notification NULL, // end_threadtp_end // end};

線程池的相關參數線程池實現

上面描述了Mysql-Server如何管理串連，這節重點描述線程池的實現架構，以及關鍵介面。1

圖 1(線程池架構圖)

每一個綠色的方框代表一個group，group數目由thread_pool_size參數決定。每個group包含一個優先隊列和普通隊列，包含一個listener線程和若干個背景工作執行緒，listener線程和worker線程可以動態轉換，worker線程數目由工作負載決定，同時受到thread_pool_oversubscribe設定影響。此外，整個線程池有一個timer線程監控group，防止group“停滯”。

關鍵介面

1. tp_add_connection[處理新串連]

1) 建立一個connection對象

2) 根據thread_id%group_count確定connection分配到哪個group

3) 將connection放進對應group的隊列

4) 如果當前活躍線程數為0，則建立一個背景工作執行緒

2. worker_main[背景工作執行緒]

1) 調用get_event擷取請求

2) 如果存在請求，則調用handle_event進行處理

3) 否則，表示隊列中已經沒有請求，退出結束。

3. get_event[擷取請求]

1) 擷取一個串連請求

2) 如果存在，則立即返回，結束

3) 若此時group內沒有listener，則線程轉換為listener線程，阻塞等待

4) 若存在listener，則將線程加入等待隊列頭部

5) 線程休眠指定的時間(thread_pool_idle_timeout)

6) 如果依然沒有被喚醒，是逾時，則線程結束，結束退出

7) 否則，表示隊列裡有串連請求到來，跳轉1

備忘：擷取串連請求前，會判斷當前的活躍線程數是否超過了

thread_pool_oversubscribe+1，若超過了，則將線程進入休眠狀態。

4. handle_event[處理請求]

1) 判斷串連是否進行登入驗證，若沒有，則進行登入驗證

2) 關聯thd執行個體資訊

3) 擷取網路資料包，分析請求

4) 調用do_command函數迴圈處理請求

5) 擷取thd執行個體的通訊端控制代碼，判斷控制代碼是否在epoll的監聽列表中

6) 若沒有，調用epoll_ctl進行關聯

7) 結束

5.listener[監聽線程]

1) 調用epoll_wait進行對group關聯的通訊端監聽，阻塞等待

2) 若請求到來，從阻塞中恢複

3) 根據串連的優先順序別，確定是放入普通隊列還是優先隊列

4) 判斷隊列中任務是否為空白

5) 若隊列為空白，則listener轉換為worker線程

6) 若group內沒有活躍線程，則喚醒一個線程

備忘：這裡epoll_wait監聽group內所有串連的通訊端，然後將監聽到的串連

請求push到隊列，worker線程從隊列中擷取任務，然後執行。

6. timer_thread[監控線程]

1) 若沒有listener線程，並且最近沒有io_event事件

2) 則建立一個喚醒或建立一個背景工作執行緒

3) 若group最近一段時間沒有處理請求，並且隊列裡面有請求，則

4) 表示group已經stall，則喚醒或建立線程

5）檢查是否有連線逾時

備忘：timer線程通過調用check_stall判斷group是否處於stall狀態，通過調用timeout_check檢查用戶端串連是否逾時。

7.tp_wait_begin[進入等待狀態流程]

1) active_thread_count減1，waiting_thread_count加1

2）設定connection->waiting= true

3) 若活躍線程數為0，並且任務隊列不為空白，或者沒有監聽線程，則

4) 喚醒或建立一個線程

8.tp_wait_end[結束等待狀態流程]

1) 設定connection的waiting狀態為false

2) active_thread_count加1，waiting_thread_count減1

備忘：

1)waiting_threads這個list裡面的線程是空閑線程，並非等待線程，所謂空閑線程是隨時可以處理任務的線程，而等待線程則是因為等待鎖，或等待io操作等無法處理任務的線程。

2)tp_wait_begin和tp_wait_end的主要作用是由於彙報狀態，即使更新active_thread_count和waiting_thread_count的資訊。

9. tp_init/tp_end

分別調用thread_group_init和thread_group_close來初始化和銷毀線程池

線程池與串連池

串連池通常實現在Client端，是指應用(用戶端)建立預先建立一定的串連，利用這些串連服務於用戶端所有的DB請求。如果某一個時刻，閒置串連數小於DB的請求數，則需要將請求排隊，等待空閑串連處理。通過串連池可以複用串連，避免串連的頻繁建立和釋放，從而減少請求的平均回應時間，並且在請求繁忙時，通過請求排隊，可以緩衝應用對DB的衝擊。線程池實現在server端，通過建立一定數量的線程服務DB請求，相對於one-conection-per-thread的一個線程服務一個串連的方式，線程池服務的最小單位是語句，即一個線程可以對應多個活躍的串連。通過線程池，可以將server端的服務線程數控制在一定的範圍，減少了系統資源的競爭和線程環境切換帶來的消耗，同時也避免出現高串連數導致的高並發問題。串連池和線程池相輔相成，通過串連池可以減少串連的建立和釋放，提高請求的平均回應時間，並能很好地控制一個應用的DB串連數，但無法控制整個應用叢集的串連數規模，從而導致高串連數，通過線程池則可以很好地應對高串連數，保證server端能提供穩定的服務。2所示，每個web-server端維護了3個串連的串連池，對於串連池的每個串連實際不是獨佔db-server的一個worker，而是可能與其他串連共用。這裡假設db-server只有3個group，每個group只有一個worker，每個worker處理了2個串連的請求。

圖 2(串連池與線程池架構圖)

線程池最佳化

1.調度死結解決

引入線程池解決了多線程高並發的問題，但也帶來一個隱患。假設，A，B兩個事務被分配到不同的group中執行，A事務已經開始，並且持有鎖，但由於A所在的group比較繁忙，導致A執行一條語句後，不能立即獲得調度執行；而B事務依賴A事務釋放鎖資源，雖然B事務可以被調度起來，但由於無法獲得鎖資源，導致仍然需要等待，這就是所謂的調度死結。由於一個group會同時處理多個串連，但多個串連不是對等的。比如，有的串連是第一次發送請求；而有的串連對應的事務已經開啟，並且持有了部分鎖資源。為了減少鎖資源爭用，後者顯然應該比前者優先處理，以達到儘早釋放鎖資源的目的。因此在group裡面，可以添加一個優先順序隊列，將已經持有鎖的串連，或者已經開啟的事務的串連發起的請求放入優先隊列，背景工作執行緒首先從優先隊列擷取任務執行。

2.大查詢處理

假設一種情境，某個group裡面的串連都是大查詢，那麼group裡面的背景工作執行緒數很快就會達到thread_pool_oversubscribe參數設定值，對於後續的串連請求，則會響應不及時(沒有更多的串連來處理)，這時候group就發生了stall。通過前面分析知道，timer線程會定期檢查這種情況，並建立一個新的worker線程來處理請求。如果長查詢來源於業務請求，則此時所有group都面臨這種問題，此時主機可能會由於負載過大，導致hang住的情況。這種情況線程池本身無能為力，因為源頭可能是爛SQL並發，或者SQL沒有走對執行計畫導致，通過其他方法，比如SQL高低水位限流或者SQL過濾手段可以應急處理。但是，還有另外一種情況，就是dump任務。很多下遊依賴於資料庫的未經處理資料，通常通過dump命令將資料拉到下遊，而這種dump任務通常都是耗時比較長，所以也可以認為是大查詢。如果dump任務集中在一個group內，並導致其他正常業務請求無法立即響應，這個是不能容忍的，因為此時資料庫並沒有壓力，只是因為採用了線程池策略，才導致了請求響應不及時，為瞭解決這個問題，我們將group中處理dump任務的線程不計入thread_pool_oversubscribe累計值，避免上述問題。

 

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