Go问答 gnet: 一个轻量级且高性能的 Go 网络库

panjf2000 · 2019年09月18日 · 49 次阅读

博客原文

https://taohuawu.club/go-event-loop-networking-library-gnet

Github 主页

https://github.com/panjf2000/gnet

欢迎大家围观~~,目前还在持续更新,感兴趣的话可以 star 一下暗中观察哦。

简介

gnet 是一个基于 Event-Loop 事件驱动的高性能和轻量级网络库。这个库直接使用 epollkqueue 系统调用而非标准 Golang 网络包:net 来构建网络应用,它的工作原理类似两个开源的网络库:libuvlibevent

这个项目存在的价值是提供一个在网络包处理方面能和 RedisHaproxy 这两个项目具有相近性能的 Go 语言网络服务器框架。

gnet 的亮点在于它是一个高性能、轻量级、非阻塞的纯 Go 实现的传输层(TCP/UDP/Unix-Socket)网络库,开发者可以使用 gnet 来实现自己的应用层网络协议,从而构建出自己的应用层网络应用:比如在 gnet 上实现 HTTP 协议就可以创建出一个 HTTP 服务器 或者 Web 开发框架,实现 Redis 协议就可以创建出自己的 Redis 服务器等等。

gnet 衍生自另一个项目:evio,但是性能更好。

功能

  • 高性能 的基于多线程模型的 Event-Loop 事件驱动
  • 内置 Round-Robin 轮询负载均衡算法
  • 简洁的 APIs
  • 基于 Ring-Buffer 的高效内存利用
  • 支持多种网络协议:TCP、UDP、Unix Sockets
  • 支持两种事件驱动机制:Linux 里的 epoll 以及 FreeBSD 里的 kqueue
  • 支持异步写操作
  • 允许多个网络监听地址绑定在一个 Event-Loop 上
  • 灵活的事件定时器
  • SO_REUSEPORT 端口重用

核心设计

多线程模型

gnet 重新设计开发了一个新内置的多线程模型:『主从 Reactor 多线程』,这也是 netty 默认的线程模型,下面是这个模型的原理图:

<p align="center"> <img width="820" alt="multi_reactor" src="https://user-images.githubusercontent.com/7496278/64916634-8f038080-d7b3-11e9-82c8-f77e9791df86.png"> </p>

它的运行流程如下面的时序图: <p align="center"> <img width="869" alt="reactor" src="https://user-images.githubusercontent.com/7496278/64918644-a5213900-d7d3-11e9-88d6-1ec1ec72c1cd.png"> </p>

现在我正在 gnet 里开发一个新的多线程模型:『带线程/go 程池的主从 Reactors 多线程』,并且很快就能完成,这个模型的架构图如下所示:

<p align="center"> <img width="854" alt="multi_reactor_thread_pool" src="https://user-images.githubusercontent.com/7496278/64918783-90de3b80-d7d5-11e9-9190-ff8277c95db1.png"> </p>

它的运行流程如下面的时序图: <p align="center"> <img width="916" alt="multi-reactors" src="https://user-images.githubusercontent.com/7496278/64918646-a7839300-d7d3-11e9-804a-d021ddd23ca3.png"> </p>

通信机制

gnet 的『主从 Reactors 多线程』模型是基于 Golang 里的 Goroutines 的,一个 Reactor 挂载在一个 Goroutine 上,所以在 gnet 的这个网络模型里主 Reactor/Goroutine 与从 Reactors/Goroutines 有海量通信的需求,因此 gnet 里必须要有一个能在 Goroutines 之间进行高效率的通信的机制,我没有选择 Golang 里的主流方案:基于 Channel 的 CSP 模型,而是选择了性能更好、基于 Ring-Buffer 的 Disruptor 方案。

所以我最终选择了 go-disruptor:高性能消息分发队列 LMAX Disruptor 的 Golang 实现。

自动扩容的 Ring-Buffer

gnet 利用 Ring-Buffer 来缓存 TCP 流数据以及管理内存使用。

<p align="center"> <img src="https://user-images.githubusercontent.com/7496278/64916810-4f8b6300-d7b8-11e9-9459-5517760da738.gif"> </p>

开始使用

安装

$ go get -u github.com/panjf2000/gnet

使用示例

// ======================== Echo Server implemented with gnet ===========================

package main

import (
    &quot;flag&quot;
    &quot;fmt&quot;
    &quot;log&quot;
    &quot;strings&quot;

    &quot;github.com/panjf2000/gnet&quot;
    &quot;github.com/panjf2000/gnet/ringbuffer&quot;
)

func main() {
    var port int
    var loops int
    var udp bool
    var trace bool
    var reuseport bool

    flag.IntVar(&amp;port, &quot;port&quot;, 5000, &quot;server port&quot;)
    flag.BoolVar(&amp;udp, &quot;udp&quot;, false, &quot;listen on udp&quot;)
    flag.BoolVar(&amp;reuseport, &quot;reuseport&quot;, false, &quot;reuseport (SO_REUSEPORT)&quot;)
    flag.BoolVar(&amp;trace, &quot;trace&quot;, false, &quot;print packets to console&quot;)
    flag.IntVar(&amp;loops, &quot;loops&quot;, 0, &quot;num loops&quot;)
    flag.Parse()

    var events gnet.Events
    events.NumLoops = loops
    events.OnInitComplete = func(srv gnet.Server) (action gnet.Action) {
        log.Printf(&quot;echo server started on port %d (loops: %d)&quot;, port, srv.NumLoops)
        if reuseport {
            log.Printf(&quot;reuseport&quot;)
        }
        return
    }
    events.React = func(c gnet.Conn, inBuf *ringbuffer.RingBuffer) (out []byte, action gnet.Action) {
        top, tail := inBuf.PreReadAll()
        out = append(top, tail...)
        inBuf.Reset()

        if trace {
            log.Printf(&quot;%s&quot;, strings.TrimSpace(string(top)+string(tail)))
        }
        return
    }
    scheme := &quot;tcp&quot;
    if udp {
        scheme = &quot;udp&quot;
    }
    log.Fatal(gnet.Serve(events, fmt.Sprintf(&quot;%s://:%d&quot;, scheme, port)))
}

I/O 事件

gnet 目前支持的 I/O 事件如下:

  • OnInitComplete 当 server 初始化完成之后调用。
  • OnOpened 当连接被打开的时候调用。
  • OnClosed 当连接被关闭的时候调用。
  • OnDetached 当主动摘除连接的时候的调用。
  • React 当 server 端接收到从 client 端发送来的数据的时候调用。(你的核心业务代码一般是写在这个方法里)
  • Tick 服务器启动的时候会调用一次,之后就以给定的时间间隔定时调用一次,是一个定时器方法。
  • PreWrite 预先写数据方法,在 server 端写数据回 client 端之前调用。

性能测试

Linux (epoll)

系统参数

Go Version: go1.12.9 linux/amd64
OS:         Ubuntu 18.04
CPU:        8 Virtual CPUs
Memory:     16.0 GiB

Echo Server

echolinux.png

HTTP Server

httplinux.png

FreeBSD (kqueue)

系统参数

Go Version: go version go1.12.9 darwin/amd64
OS:         macOS Mojave 10.14.6
CPU:        4 CPUs
Memory:     8.0 GiB

Echo Server

echomac.png

HTTP Server

httpmac.png

证书

gnet 的源码允许用户在遵循 MIT 开源证书 规则的前提下使用。

待做事项

> gnet 还在持续开发的过程中,所以这个仓库的代码和文档会一直持续更新,如果你对 gnet 感兴趣的话,欢迎给这个开源库贡献你的代码~~

astaxie 有人分享一下网络方面的干货吗 中提及了此贴 02月15日 12:21
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