Day09_12_Dubbo教程之Dubbo+Kryo实现高速序列化(转)

朱雀 2024-01-20 08:04 113阅读 0赞

## 13\_Dubbo教程之Dubbo+Kryo实现高速序列化 ##

### 一. Dubbo RPC特点 ###

Dubbo RPC 是 Dubbo 体系中最核心的一种高性能、高吞吐量的远程调用方式,可以称之为多路复用的 TCP 长连接调用:

*  **多路复用**: 单个 TCP 连接可交替传输多个请求和响应的消息,降低了连接的等待闲置时间,从而减少了同样并发数下的网络连接数,提高了系统吞吐量.
 *  **长连接**: 避免了每次新建 TCP 连接,提高了调用的响应速度.

### 二. Dubbo 中的序列化 ###

Dubbo RPC 主要用于两个 Dubbo 系统之间的远程调用,特别适合高并发、小数据的互联网场景.而序列化对于远程调用的响应速度、吞吐量、网络带宽消耗等同样也起着至关重要的作用,是我们提升分布式系统性能的最关键因素之一.

### 三. Dubbo 中支持的序列化方式: ###

*  **dubbo 序列化**: 阿里尚未开发成熟的序列化,阿里不建议在生产环境使用它.
 *  **hessian2 序列化**: hessian 是一种跨语言的高效二进制序列化方式,但这里实际不是原生的 hessian2 序列化,而是阿里修改过的 hessian lite,它是 dubbo RPC 默认启用的序列化方式.
 *  **json 序列化**:目前有两种实现,一种是采用的阿里的 fastjson 库,另一种是采用 dubbo 中自己实现的简单 json 库,但其实现都不是特别成熟,而且 json 这种文本序列化性能一般不如上面两种二进制序列化方式.
 *  **java 序列化**: 主要是采用 JDK 自带的 Java 序列化实现,性能很不理想.

在通常情况下,**这四种主要序列化方式的性能从上到下依次递减.**对于 dubbo RPC 这种追求高性能的远程调用方式来说,实际上只有 1、2 两种高效序列化方式比较般配,而第 1 个 dubbo 序列化由于还不成熟,所以实际只剩下 2 可用,所以 dubbo RPC 默认采用 hessian2 序列化.

但 hessian 是一个比较老的序列化实现了,而且它是跨语言的,所以不是单独针对 Java 进行优化的.而 dubbo RPC 实际上完全是一种 Java to Java 的远程调用,其实没有必要采用跨语言的序列化方式(当然肯定也不排斥跨语言的序列化).

最近几年,各种新的高效序列化方式层出不穷,不断刷新序列化性能的上限,最典型的包括:

*  专门针对 Java 语言的:Kryo,FST 等等.
 *  跨语言的: Protostuff,ProtoBuf,Thrift,Avro,MsgPack等.

这些序列化方式的性能多数都显著优于 hessian2(甚至包括尚未成熟的 dubbo 序列化).

有鉴于此,我们为 dubbo 引入 Kryo 和 FST 这两种高效 Java 序列化实现,来逐步取代 hessian2.

其中,Kryo 是一种非常成熟的序列化实现,已经在 Twitter、Groupon、Yahoo 以及多个著名开源项目(如 Hive、Storm)中广泛的使用,而 FST 是一种较新的序列化实现,目前还缺乏足够多的成熟使用案例.

**在面向生产环境的应用中,目前更优先选择 Kryo.**

### 四. 启用 Kryo序列化 ###

在 Provider 和 Consumer 项目中启用 Kryo 高速序列化功能,两个项目的配置方式相同.

#### 1. 增加 Kryo 依赖 ####

在在 Provider 和 Consumer 项目中都添加该依赖.

<dependency>
        <groupId>de.javakaffee</groupId>
        <artifactId>kryo-serializers</artifactId>
        <version>0.42</version>
    </dependency>

#### 2. 增加配置 ####

![Image 1][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

#### 3. 注册被序列化类 ####

要让 Kryo 和 FST 完全发挥出高性能,最好将那些需要被序列化的类注册到 dubbo 系统中.例如,我们可以实现如下回调接口:

public class SerializationOptimizerImpl implements SerializationOptimizer {
        public Collection<Class> getSerializableClasses() {
            List<Class> classes = new LinkedList<Class>();
            classes.add(BidRequest.class);
            classes.add(BidResponse.class);
            classes.add(Device.class);
            classes.add(Geo.class);
            classes.add(Impression.class);
            classes.add(SeatBid.class);
            return classes;
        }
    }

在注册这些类后,序列化的性能可能被大大提升,特别针对小数量的嵌套对象的时候.

当然,在对一个类做序列化的时候,可能还级联引用到很多类,比如 Java 集合类.针对这种情况,我们已经自动将 JDK 中的常用类进行了注册,所以你不需要重复注册它们(当然你重复注册了也没有任何影响),包括:

GregorianCalendar
    InvocationHandler
    BigDecimal
    BigInteger
    Pattern
    BitSet
    URI
    UUID
    HashMap
    ArrayList
    LinkedList
    HashSet
    TreeSet
    Hashtable
    Date
    Calendar
    ConcurrentHashMap
    SimpleDateFormat
    Vector
    BitSet
    StringBuffer
    StringBuilder
    Object
    Object[]
    String[]
    byte[]
    char[]
    int[]
    float[]
    double[]

由于注册被序列化的类仅仅是出于性能优化的目的,所以即使你忘记注册某些类也没有关系.事实上,即使不注册任何类,Kryo 和 FST 的性能依然普遍优于 hessian 和 dubbo 序列化.

#### 4. 为什么需要手动注册 ####

当然,有人可能会问为什么不用配置文件来注册这些类?这是因为要注册的类往往数量较多,导致配置文件冗长;而且在没有好的 IDE 支持的情况下,配置文件的编写和重构都比 Java 类麻烦得多;最后,这些注册的类一般是不需要在项目编译打包后再做动态修改的.

另外,有人也会觉得手工注册被序列化的类是一种相对繁琐的工作,是不是可以用 annotation 来标注,然后系统来自动发现并注册.但这里 annotation 的局限是,它只能用来标注你可以修改的类,而很多序列化中引用的类很可能是你没法做修改的(比如第三方库或者 JDK 系统类或者其他项目的类).另外,添加 annotation 毕竟稍微的“污染”了一下代码,使应用代码对框架增加了一点点的依赖性.

除了 annotation,我们还可以考虑用其它方式来自动注册被序列化的类,例如扫描类路径,自动发现实现 Serializable 接口(甚至包括 Externalizable)的类并将它们注册.当然,我们知道类路径上能找到 Serializable 类可能是非常多的,所以也可以考虑用 package 前缀之类来一定程度限定扫描范围.

当然,在自动注册机制中,特别需要考虑如何保证服务提供端和消费端都以同样的顺序(或者 ID)来注册类,避免错位,毕竟两端可被发现然后注册的类的数量可能都是不一样的.

#### 5. 无参构造函数和 Serializable 接口 ####

如果被序列化的类中 **不包含无参的构造函数,则在 Kryo 的序列化中,性能将会大打折扣**,因为此时我们在底层将用 Java 的序列化来透明的取代 Kryo 序列化.所以,**尽可能为每一个被序列化的类添加无参构造函数是一种最佳实践**(当然一个 Java 类如果不自定义构造函数,默认就有无参构造函数).

另外,Kryo 和 FST **都不需要被序列化类实现 Serializable 接口.但我们还是建议每个被序列化类都去实现 Serializable 接口**,因为这样可以保持和 Java 序列化以及 dubbo 序列化的兼容性,另外也使我们未来采用上述某些自动注册机制带来可能.

### 五. 附: 序列化性能分析与测试 ###

#### 1. 测试环境 ####

*  两台独立服务器
 *  4 核 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2603 0 @ 1.80GHz
 *  8G 内存
 *  虚拟机之间网络通过百兆交换机
 *  CentOS 5
 *  JDK 7
 *  Tomcat 7
 *  JVM 参数 `-server -Xms1g -Xmx1g -XX:PermSize=64M -XX:+UseConcMarkSweepGC`

**注意:** 当然这个测试环境较有局限,故当前测试结果未必有非常权威的代表性.

#### 2. 测试脚本 ####

和 dubbo 自身的基准测试保持接近,10 个并发客户端持续不断发出请求:

*  传入嵌套复杂对象(但单个数据量很小),不做任何处理,原样返回.
 *  传入 50K 字符串,不做任何处理,原样返回(TODO:结果尚未列出).

进行 5 分钟性能测试(引用 dubbo 自身测试的考虑:“主要考察序列化和网络 IO 的性能,因此服务端无任何业务逻辑.**取 10 并发是考虑到 http 协议在高并发下对 CPU 的使用率较高可能会先达到瓶颈.**”)

#### 3. Dubbo RPC 中不同序列化生成字节大小比较 ####

序列化生成字节码的大小是一个比较有确定性的指标,它决定了远程调用的网络传输时间和带宽占用.

**针对复杂对象的结果如下(数值越小越好):**

![Image 1][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

#### 4. Dubbo RPC 中不同序列化响应时间和吞吐量对比 ####

![Image 1][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]  
![Image 1][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

#### 5. 结论 ####

就目前结果而言,我们可以看到不管从生成字节的大小,还是平均响应时间和平均 TPS,Kryo 和 FST 相比 Dubbo RPC 中原有的序列化方式都有非常显著的改进.

[Image 1]: 
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/20/960bd2de0d4144789b57754d551b6a22.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/20/05a623afe029435fbaf00b99ad03e7f1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/20/6eb57eff25fe45c18f05366442a297e0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3N5YzAwMDY2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/20/f09d0df2257b46b69d2b12f1a69ff33d.png