C# golang 开10000个无限循环的性能

仓库刘强 · 发表于 2024-1-17 20:55:02

知乎上有人提了个问题，可惜作者已把账号注销了。
复制一下他的问题，仅讨论技术用，侵删。
问题

作者：知乎用户fLP2gX
链接：https://www.zhihu.com/question/634840187/answer/3328710757
来源：知乎
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最近遇见个需求，需要开2000个线程无限循环，每个循环有sleep(1),这个在其他语言很容易实现，在c#中就很难了，我试过task.delay(1)直接一秒钟10次gc。今天有空测试下多种语言的协程，都是开10000个协程无限循环，中间有个sleep(15ms)， cpu使用率rust 40%，golang 3%，c# 16%，都是release，把我搞不自信了。cpu是11代i5 ，rust的开销简直无法忍受。为了严谨测试了系统线程，cpu使用率43%
rust代码

static NUM: i64 = 0;
async fn fff() {
let t = tokio::time::Duration::from_millis(15);
loop {
tokio::time::sleep(t).await;
if NUM > 1000 {
println!("大于");
}
}
}
#[tokio::main]
async fn main() {
let mut i = 0;
while i < 10000 {
tokio::task::spawn(fff());
i = i + 1;
}
println!("over");
let mut s = String::new();
std::io::stdin().read_line(&mut s).unwrap();
}

复制代码

go代码

package main
import (
"fmt"
"time"
)
var AAA int
func fff() {
for {
time.Sleep(time.Millisecond * 15)
if AAA > 10000 {
fmt.Println("大于")
}
}
}
func main() {
for i := 0; i < 10000; i++ {
go fff()
}
fmt.Println("begin")
var s string
fmt.Scanln(&s)
}

复制代码

c#代码

internal class Program
{
static Int64 num = 0;
static async void fff()
{
while (true)
{
await Task.Delay(15);
if (num > 100000)
Console.WriteLine("大于");
}
}
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 10000; i++)
fff();
Console.WriteLine("begin");
Console.ReadLine();
}
}

复制代码

我的测试

我使用Task.Delay测试，发现速度只有30多万次/秒，然后CPU占用达到30%。
然后我又上网了找了一个时间轮算法HashedWheelTimer，使用它的Delay，经过调参，速度可以达到50多万次/秒，达到了题主的要求，但CPU占用依然高达30%。我不知道是不是我找的这个HashedWheelTimer写的不好。
我的尝试

如下代码勉强达到了题主的要求，速度可以达到50多万次/秒，CPU占用8%，比go的3%要高一些，但比用Task.Delay要好很多了。但有个缺点，就是任务延迟可能会高达500毫秒。

int num = 0;
async void func(int i)
{
int n = 25; // 无延迟干活次数
int m = 1; // 干n次活，m次延迟干活
int t = 500; // 延迟干活时间，根据具体业务设置可以接受的延迟时间
long count = 0;
while (true)
{
if (count < n)
{
await Task.CompletedTask;
}
else if (count < n + m)
{
await Task.Delay(t); // 循环执行了若干次，休息一会，把机会让给其它循环，毕竟CPU就那么多
}
else
{
count = 0;
}
count++;
Interlocked.Increment(ref num); // 干活
}
}
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
func(i);
}
_ = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
while (true)
{
Thread.Sleep(5000);
double speed = num / sw.Elapsed.TotalSeconds;
Console.WriteLine($"10000个循环干活总速度={speed:#### ####.0} 次/秒");
}
}, TaskCreationOptions.LongRunning);
Console.WriteLine("begin");
Console.ReadLine();

复制代码

再次尝试

using System.Collections.Concurrent;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
int num = 0;
MyTimer myTimer = new MyTimer(15, 17000);
async void func(int i)
{
while (true)
{
await myTimer.Delay();
// Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd HH:mm:ss.ffff} - {i}");
Interlocked.Increment(ref num); // 干活
}
}
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
func(i);
}
_ = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
while (true)
{
Thread.Sleep(5000);
double speed = num / sw.Elapsed.TotalSeconds;
Console.WriteLine($"10000个循环干活总速度={speed:#### ####.0} 次/秒");
}
}, TaskCreationOptions.LongRunning);
Console.WriteLine("开始");
Console.ReadLine();
myTimer.Dispose();
class MyTimer : IDisposable
{
private int _interval;
private Thread _thread;
private bool _threadRunning = false;
private ConcurrentQueue<MyAwaiter> _queue;
/// <summary>
/// Timer
/// </summary>
/// <param name="interval">时间间隔</param>
/// <param name="parallelCount">并行数量</param>
public MyTimer(int interval, int parallelCount)
{
_interval = interval;
_queue = new ConcurrentQueue<MyAwaiter>();
_threadRunning = true;
_thread = new Thread(() =>
{
while (_threadRunning)
{
for (int i = 0; i < parallelCount; i++)
{
if (_queue.TryDequeue(out MyAwaiter myAwaiter))
{
myAwaiter.Run();
}
}
Thread.Sleep(_interval);
}
});
_thread.Start();
}
public MyAwaiter Delay()
{
MyAwaiter awaiter = new MyAwaiter(this);
_queue.Enqueue(awaiter);
return awaiter;
}
public void Dispose()
{
_threadRunning = false;
}
}
class MyAwaiter : INotifyCompletion
{
private MyTimer _timer;
private Action _continuation;
public bool IsCompleted { get; private set; }
public MyAwaiter(MyTimer timer)
{
_timer = timer;
}
public void OnCompleted(Action continuation)
{
_continuation = continuation;
}
public void Run()
{
IsCompleted = true;
_continuation?.Invoke();
}
public MyAwaiter GetAwaiter()
{
return this;
}
public object GetResult()
{
return null;
}
}

复制代码

时间轮算法有点难写，我还没有掌握，换了一种写法，达到了题主的要求，速度可以达到50多万次/秒，CPU占用3%。但有缺点，MyTimer用完需要Dispose，有个并行度参数parallelCount需要根据测试代码中for循环次数设置，设置为for循环次数的1.7倍，这个参数很讨厌，再一个就是Delay时间设置了15毫秒，但是不精确，实际任务延迟可能会超出15毫秒，或者小于15毫秒，当然这里假设计时器是精确的，实际上计时器误差可能到达10毫秒，这里认为它是精确无误差的，在这个前提下，任务执行间隔不精确，但比上次尝试，最大延迟500毫秒应该要好很多。
本人水平有限，写的匆忙，但我感觉这个问题还是很重要的。问题简单来说就是大量Task.Delay会导致性能问题，有没有更高效的Delay实现？
这个问题有什么实际价值？看我另一个回答：求助多线程读取大量PLC问题？
我给的回答：

for (int i = 0; i < 500; i++)
{
ReadPLC(i);
}
async void ReadPLC(int plcIndex)
{
while (true)
{
// todo: 读取PLC
Console.WriteLine($"读取PLC {plcIndex}");
await Task.Delay(200);
}
}

复制代码

还好它这只要求500个plc，间隔200毫秒也比较长，用Task.Delay完全可以，如果是1万个plc呢？如果要求Delay(15)，就不能像我这样写了。但是，你看看，这样写有多么简单？！本来一个多线程并行问题，写起来很复杂，很容易写出bug，如果能像同步代码这样写，写出来性能不亚于多线程并行，逻辑简单，不容易出bug。
注意，和时间轮算法所面对的需求可能并不一样，这里是为了实现高性能的Delay，而不是为了实现简化版的Quartz。

来源:https://www.cnblogs.com/s0611163/Undeclared/17970369
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