Ladenie pripojenia Netty Server na Ubuntu klesá

Leo Bernard

Pondelok 6. januára 2025, 7:12:44

Diagnostika zlyhania herného servera pre viacerých hráčov pri zaťažení
Predstavte si toto: hostíte vzrušujúcu hru pre viacerých hráčov, hráči sú hlboko ponorení a zrazu začnú klesať spojenia. 🚨 Váš server zápasí s veľkou záťažou a hráčov necháva v zamrznutom limbe. Tento scenár nočnej mory narúša hrateľnosť a narušuje dôveru medzi vašou komunitou.
Nedávno, keď som spravoval svoj vlastný multiplayerový server poháňaný klientmi Unity a Netty ako TCP vrstvou, čelil som podobnej výzve. V čase špičky sa klienti nemohli znova pripojiť a správy prestali prúdiť. Pripadalo mi to, ako keby ste sa pokúšali zaplátať potápajúcu sa loď, keď ste stáli na palube. 🚢
Napriek robustnému hardvéru so 16 vCPU a 32 GB pamäte problém pretrvával. Môj cloudový dashboard ukázal využitie procesora na zvládnuteľných 25 %, no oneskorenie v hre rozprávalo iný príbeh. Vďaka tomu bolo riešenie problémov ešte zložitejšie. Bolo jasné, že zaťaženie servera bolo sústredené v konkrétnych vláknach, ale určenie vinníka si vyžadovalo ponorenie do hĺbky.
V tomto príspevku vás prevediem tým, ako som tento problém vyriešil, od analýzy využitia procesora špecifického pre vlákna až po prehodnotenie konfiguračných nastavení Netty. Či už ste skúsený vývojár alebo nový v správe vysoko zaťažených serverov, táto cesta vám ponúkne poznatky, ktoré vám pomôžu stabilizovať vaše vlastné projekty pre viacerých hráčov. 🌟

Príkaz Popis

NioEventLoopGroup Táto trieda Netty vytvára skupinu vlákien na spracovanie neblokujúcich I/O operácií. Je optimalizovaný pre vysokú súbežnosť a minimalizuje konflikty vlákien.

ChannelOption.SO_BACKLOG Určuje maximálnu dĺžku frontu pre prichádzajúce požiadavky na pripojenie. Toto nastavenie pomáha efektívnejšie zvládať náhle výkyvy v premávke.

ChannelOption.WRITE_BUFFER_HIGH_WATER_MARK Nastavuje vysoký prah pre zapisovaciu vyrovnávaciu pamäť. Ak údaje vo vyrovnávacej pamäti prekročia túto veľkosť, zápisy sa oneskoria, čím sa zabráni preťaženiu systému pri vysokej záťaži.

ChannelOption.WRITE_BUFFER_LOW_WATER_MARK Definuje spodnú hranicu pre obnovenie zápisov po ich pozastavení. To znižuje riziko výkyvov latencie počas hustej premávky.

LinkedBlockingQueue Implementácia frontu bezpečná pre vlákna používaná na asynchrónne ukladanie a spracovanie správ. Pomáha oddeliť spracovanie správ od I/O operácií.

channelReadComplete Metóda spätného volania Netty spustená po tom, čo kanál dokončil čítanie všetkých správ. Používa sa na hromadné spracovanie správ vo fronte.

ChannelFuture Predstavuje výsledok asynchrónnej operácie v Netty. Používa sa na spracovanie volaní typu write-and-flush a zabezpečuje ich úspešné dokončenie.

Unpooled.copiedBuffer Vytvára vyrovnávaciu pamäť obsahujúcu údaje, ktoré je možné odosielať cez sieť. Používa sa na konverziu reťazcov alebo binárnych údajov do formátov kompatibilných s Netty.

ServerBootstrap Centrálna trieda v Netty na konfiguráciu a inicializáciu serverových kanálov. Pomáha nastaviť možnosti, obslužné programy a viaže server na konkrétny port.

shutdownGracefully Zabezpečuje čisté vypnutie skupín slučky udalostí ladným uvoľnením prostriedkov, čím sa zabráni náhlemu ukončeniu vlákien.

Príkaz	Popis
NioEventLoopGroup	Táto trieda Netty vytvára skupinu vlákien na spracovanie neblokujúcich I/O operácií. Je optimalizovaný pre vysokú súbežnosť a minimalizuje konflikty vlákien.
ChannelOption.SO_BACKLOG	Určuje maximálnu dĺžku frontu pre prichádzajúce požiadavky na pripojenie. Toto nastavenie pomáha efektívnejšie zvládať náhle výkyvy v premávke.
ChannelOption.WRITE_BUFFER_HIGH_WATER_MARK	Nastavuje vysoký prah pre zapisovaciu vyrovnávaciu pamäť. Ak údaje vo vyrovnávacej pamäti prekročia túto veľkosť, zápisy sa oneskoria, čím sa zabráni preťaženiu systému pri vysokej záťaži.
ChannelOption.WRITE_BUFFER_LOW_WATER_MARK	Definuje spodnú hranicu pre obnovenie zápisov po ich pozastavení. To znižuje riziko výkyvov latencie počas hustej premávky.
LinkedBlockingQueue	Implementácia frontu bezpečná pre vlákna používaná na asynchrónne ukladanie a spracovanie správ. Pomáha oddeliť spracovanie správ od I/O operácií.
channelReadComplete	Metóda spätného volania Netty spustená po tom, čo kanál dokončil čítanie všetkých správ. Používa sa na hromadné spracovanie správ vo fronte.
ChannelFuture	Predstavuje výsledok asynchrónnej operácie v Netty. Používa sa na spracovanie volaní typu write-and-flush a zabezpečuje ich úspešné dokončenie.
Unpooled.copiedBuffer	Vytvára vyrovnávaciu pamäť obsahujúcu údaje, ktoré je možné odosielať cez sieť. Používa sa na konverziu reťazcov alebo binárnych údajov do formátov kompatibilných s Netty.
ServerBootstrap	Centrálna trieda v Netty na konfiguráciu a inicializáciu serverových kanálov. Pomáha nastaviť možnosti, obslužné programy a viaže server na konkrétny port.
shutdownGracefully	Zabezpečuje čisté vypnutie skupín slučky udalostí ladným uvoľnením prostriedkov, čím sa zabráni náhlemu ukončeniu vlákien.

Optimalizácia Netty Server pre stabilitu a výkon

Prvý skript sa zameriava na zlepšenie efektivity servera Netty optimalizáciou jeho konfigurácie oblasti vlákien. Pomocou jednovláknového pre skupinu šéfov a obmedzením pracovných vlákien na štyri môže server efektívne spracovať prichádzajúce pripojenia bez preťaženia systémových prostriedkov. Táto stratégia je užitočná najmä vtedy, keď server pracuje pod veľkým zaťažením, pretože zabraňuje sporom vlákien a znižuje špičky využitia procesora. Ak napríklad hra pre viacerých hráčov počas turnaja zaznamená nárast pripojení hráčov, táto konfigurácia zaisťuje stabilitu efektívnym riadením prideľovania vlákien. 🚀

V druhom skripte sa pozornosť presunie na správu vyrovnávacej pamäte. Netty's a sa využívajú na efektívne riadenie toku údajov. Tieto voľby nastavujú prahové hodnoty, keď server pozastaví alebo obnoví zapisovanie údajov, čo je rozhodujúce pre zabránenie spätnému tlaku počas vysokej priepustnosti správ. Predstavte si scenár, v ktorom si hráči rýchlo vymieňajú chatové správy a aktualizácie hier. Bez týchto ovládacích prvkov by sa server mohol zahltiť a spôsobiť oneskorenie správ alebo výpadky pripojenia. Tento prístup pomáha udržiavať hladkú komunikáciu a zlepšuje celkový herný zážitok pre hráčov.

Tretí skript zavádza novú dimenziu implementáciou asynchrónneho frontu správ pomocou a . Toto riešenie oddeľuje spracovanie správ od I/O operácií, čím zaisťuje, že prichádzajúce správy klientov sú spracovávané efektívne bez blokovania iných operácií. Napríklad, keď hráč odošle zložitý akčný príkaz, správa sa zaradí do frontu a spracuje sa asynchrónne, čím sa zabráni oneskoreniam pre ostatných hráčov. Tento modulárny dizajn tiež zjednodušuje ladenie a budúce pridávanie funkcií, ako je napríklad uprednostňovanie určitých typov správ vo fronte. 🛠️

Celkovo tieto skripty predstavujú rôzne metódy na riešenie problémov stability pripojenia a správy zdrojov na serveri založenom na Netty. Vďaka kombinácii optimalizácie vlákien, riadenia vyrovnávacej pamäte a asynchrónneho spracovania je server lepšie vybavený na zvládanie scenárov s vysokou návštevnosťou. Tieto riešenia sú modulárne, čo umožňuje vývojárom implementovať ich postupne na základe špecifických potrieb ich servera. Či už spravujete hru pre viacerých hráčov, chatovaciu aplikáciu alebo akýkoľvek systém v reálnom čase, tieto prístupy môžu poskytnúť výrazné zlepšenie stability a výkonu.

Riešenie pripojenia Netty Server pri vysokej záťaži klesá

Riešenie 1: Použitie optimalizácie oblasti vlákien v jazyku Java

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
public class OptimizedNettyServer {
    public static void main(String[] args) {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); // Single-threaded boss group
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(4); // Limited worker threads
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                     .channel(NioServerSocketChannel.class)
                     .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                     .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
                     .childHandler(new SimpleTCPInitializer());
            bootstrap.bind(8080).sync();
            System.out.println("Server started on port 8080");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

Zníženie využitia procesora úpravou pridelenia vyrovnávacej pamäte Netty

Riešenie 2: Vyladenie zapisovacej vyrovnávacej pamäte Netty a veľkosti nevybavených žiadostí

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
public class AdjustedNettyServer {
    public static void main(String[] args) {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                     .channel(NioServerSocketChannel.class)
                     .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                     .childOption(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                     .childOption(ChannelOption.WRITE_BUFFER_HIGH_WATER_MARK, 32 * 1024)
                     .childOption(ChannelOption.WRITE_BUFFER_LOW_WATER_MARK, 8 * 1024)
                     .childHandler(new SimpleTCPInitializer());
            bootstrap.bind(8080).sync();
            System.out.println("Server with optimized buffers started on port 8080");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

Implementácia frontu správ pre vylepšené spracovanie správ

Riešenie 3: Pridanie frontu správ pre asynchrónnu komunikáciu s klientom

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
public class AsyncMessageHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    private final BlockingQueue<String> messageQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        messageQueue.offer(msg); // Queue the incoming message
    }
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {
        while (!messageQueue.isEmpty()) {
            String response = processMessage(messageQueue.poll());
            ctx.writeAndFlush(response);
        }
    }
    private String processMessage(String msg) {
        return "Processed: " + msg;
    }
}

Skúmanie úzkych miest vlákien v skupine Netty's EventLoopGroup

Jedným z kľúčových aspektov ladenia problému so serverom pre viacerých hráčov, ako sú časté výpadky pripojenia, je analýza správy vlákien v rámci . The je chrbticou spracovania neblokujúcich I/O operácií. Pri veľkom zaťažení každé vlákno v tejto skupine spravuje viacero kanálov, pričom asynchrónne spracováva udalosti čítania a zápisu. Avšak nadmerné využitie procesora, ako bolo pozorované v tomto prípade, môže naznačovať úzke miesta alebo nesprávne nakonfigurované oblasti vlákien. Na zmiernenie tohto problému by vývojári mali experimentovať s pomerom vlákna k jadru. Napríklad 16-jadrový procesor by mohol začať s pomerom šéfa k pracovným vláknam 1:2, aby bolo možné efektívne rozdeľovať úlohy. 🔄

Okrem prideľovania vlákien je dôležité správne zaobchádzanie s nevybavenými pripojeniami. Netty poskytuje nastavenie na definovanie maximálneho počtu čakajúcich spojení. Tým sa zabráni preťaženiu počas dopravných špičiek. Napríklad zvýšenie počtu nevybavených vecí na 6 144, ako v poskytnutej konfigurácii, uspokojí náhly nárast počtu hráčov v scenároch, ako je spustenie hry alebo víkendové udalosti. V spojení s použitím , ktorý udržiava dlhodobé spojenia klient-server, môže toto nastavenie výrazne zlepšiť stabilitu servera pri strese. 💡

Ďalšou často prehliadanou oblasťou je monitorovanie a profilovanie výkonu jednotlivých vlákien. Nástroje ako JVisualVM alebo vstavané metriky Netty dokážu identifikovať vlákna spotrebúvajúce nadmerné cykly CPU. Napríklad, ak konkrétny spracováva viac pripojení ako iné, zavedenie vyrovnávania záťaže pripojení alebo priradenie špecifických pracovných zaťažení môže zabrániť nerovnomernému využívaniu zdrojov. Implementácia pravidelnej diagnostiky zabezpečuje, že sa server efektívne prispôsobuje rastúcej hráčskej základni.

Čo robí robiť?
Nastavuje veľkosť frontu pre prichádzajúce pripojenia. Vyššia hodnota zaisťuje, že server dokáže spracovať zhluky prevádzky bez prerušenia pripojení.
Ako to robí zlepšiť výkon?
Spracováva I/O úlohy neblokujúcim spôsobom, čo umožňuje menšiemu počtu vlákien efektívne spravovať viacero kanálov.
Prečo používať ?
Zaisťuje, že nečinné pripojenia zostanú živé, čím sa zabráni predčasnému odpojeniu, najmä v aplikáciách pre viacerých hráčov.
Ako môžem monitorovať v Netty?
Použite nástroje ako JVisualVM alebo profilovanie špecifické pre vlákna na identifikáciu nadmerne využívaných vlákien a rovnomerné rozloženie pracovného zaťaženia.
Čo môže spôsobiť vysoké využitie procesora v ?
Nadmerné súbežné pripojenia, nedostatok mechanizmov spätného tlaku alebo neoptimalizované oblasti vlákien môžu viesť k vysokému zaťaženiu procesora.

Stabilizácia servera Netty pod veľkým zaťažením zahŕňa jemné ladenie oblastí vlákien, úpravu nastavení vyrovnávacej pamäte a diagnostiku vysokého využitia procesora. Riešenie týchto prvkov môže zabrániť výpadkom pripojenia a zabezpečiť hladkú komunikáciu medzi serverom a klientmi, dokonca aj počas špičkového používania. 🛠️

So správnymi optimalizáciami a nástrojmi môžete premeniť nestabilný systém na spoľahlivú platformu pre hranie viacerých hráčov. Kľúč spočíva vo vyvážení výkonu s efektívnosťou zdrojov pri prispôsobovaní konfigurácií rastúcim požiadavkám používateľov.

Odkazovalo sa na podrobné informácie o optimalizácii konfigurácií servera Netty a riešení výpadkov pripojenia Používateľská príručka Netty .
Osvedčené postupy na správu fondov vlákien a slučky udalostí boli inšpirované usmerneniami zdieľanými v Príručka modelu Netty Thread od DZone .
Informácie o vlastnostiach združovania databázových pripojení c3p0 pochádzali z Oficiálna dokumentácia c3p0 .
Príklady použitia nastavení ChannelOption na ladenie výkonu boli upravené z Diskusie o pretečení zásobníka na Netty .
Všeobecné stratégie na ladenie scenárov s vysokým využitím CPU v aplikáciách Java boli preskúmané z Oracle JVisualVM Guide .