Налагодження підключення до сервера Netty обривається на Ubuntu

Діагностика збоїв сервера багатокористувацьких ігор під навантаженням

Уявіть собі таке: ви проводите захоплюючу багатокористувацьку гру, гравці глибоко занурені, і раптом зв’язки починають пропадати. 🚨 Ваш сервер бореться під великим навантаженням, залишаючи гравців у безвиході. Цей кошмарний сценарій порушує ігровий процес і підриває довіру серед вашої спільноти.

Нещодавно, керуючи власним багатокористувацьким сервером на основі клієнтів Unity та Netty як рівня TCP, я зіткнувся з подібною проблемою. У години пік клієнти не могли повторно підключитися, і повідомлення перестали надходити. Було таке відчуття, ніби намагався залатати корабель, який тонув, стоячи на палубі. 🚢

Незважаючи на надійне обладнання з 16 vCPU і 32 ГБ пам’яті, проблема не вирішувалася. Моя хмарна інформаційна панель показувала використання процесора на рівні 25%, але затримка в грі розповіла іншу історію. Це ще більше ускладнило пошук несправностей. Було зрозуміло, що навантаження на сервер було зосереджено в окремих потоках, але щоб визначити винуватця, потрібно було глибоко зануритися.

У цій публікації я розповім вам, як я вирішив цю проблему, від аналізу використання ЦП у певних потоках до повторного перегляду налаштувань конфігурації Netty. Незалежно від того, чи ви досвідчений розробник, чи новачок у керуванні високонавантаженими серверами, ця подорож запропонує вам ідеї, які допоможуть вам стабілізувати власні багатокористувацькі проекти. 🌟

Оптимізація сервера Netty для стабільності та продуктивності

Перший сценарій спрямований на підвищення ефективності сервера Netty шляхом оптимізації конфігурації пулу потоків. За допомогою однопотокового NioEventLoopGroup для групи боса та обмеження робочих потоків до чотирьох, сервер може ефективно обробляти вхідні з’єднання без перевантаження системних ресурсів. Ця стратегія особливо корисна, коли сервер працює під великим навантаженням, оскільки запобігає конкуренції потоків і зменшує стрибки використання ЦП. Наприклад, якщо багатокористувацька гра отримує сплеск підключень гравців під час турніру, ця конфігурація забезпечує стабільність завдяки ефективному керуванню розподілом потоків. 🚀

У другому сценарії увага переходить до керування буфером. Нетті ChannelOption.WRITE_BUFFER_HIGH_WATER_MARK і LOW_WATER_MARK використовуються для ефективного керування потоком даних. Ці параметри встановлюють порогові значення, коли сервер призупиняє або відновлює запис даних, що є критичним для запобігання протидії під час високої пропускної здатності повідомлень. Уявіть собі сценарій, коли гравці швидко обмінюються повідомленнями в чаті та оновленнями гри. Без цих елементів керування сервер може бути перевантажений і спричинити затримки повідомлень або розрив з’єднання. Такий підхід допомагає підтримувати безперебійне спілкування, покращуючи загальний ігровий досвід для гравців.

Третій сценарій вводить новий вимір, реалізуючи асинхронну чергу повідомлень за допомогою a LinkedBlockingQueue. Це рішення відокремлює обробку повідомлень від операцій введення/виведення, забезпечуючи ефективну обробку вхідних повідомлень клієнта без блокування інших операцій. Наприклад, коли гравець надсилає команду складної дії, повідомлення ставиться в чергу та обробляється асинхронно, уникаючи затримок для інших гравців. Цей модульний дизайн також спрощує налагодження та майбутні доповнення до функцій, наприклад визначення пріоритетів певних типів повідомлень у черзі. 🛠️

Загалом ці сценарії демонструють різні методи вирішення проблем стабільності з’єднання та керування ресурсами на сервері на основі Netty. Завдяки поєднанню оптимізації потоку, контролю буфера та асинхронної обробки сервер краще оснащений для обробки сценаріїв із високим трафіком. Ці рішення є модульними, що дозволяє розробникам поступово впроваджувати їх відповідно до конкретних потреб свого сервера. Незалежно від того, чи керуєте ви грою для кількох гравців, програмою чату чи будь-якою системою реального часу, ці підходи можуть забезпечити значне підвищення стабільності та продуктивності.

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();
        }
    }
}

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();
        }
    }
}

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;
    }
}

Вивчення вузьких місць потоків у EventLoopGroup Netty

Одним з важливих аспектів усунення проблеми багатокористувацького сервера, наприклад частого розриву з’єднання, є аналіз керування потоками в Нетті. The NioEventLoopGroup є основою обробки неблокуючих операцій введення-виведення. Під великим навантаженням кожен потік у цій групі керує декількома каналами, обробляючи події читання та запису асинхронно. Однак надмірне використання ЦП, як спостерігається в цьому випадку, може вказувати на вузькі місця або неправильно налаштовані пули потоків. Щоб пом’якшити це, розробники повинні поекспериментувати зі співвідношенням потоку до ядра. Наприклад, для ефективного розподілу завдань 16-ядерний ЦП може почати зі співвідношенням головних і робочих потоків 1:2. 🔄

Окрім розподілу потоків, життєво важливою є правильна обробка застарілих з’єднань. Netty надає ChannelOption.SO_BACKLOG параметр для визначення максимальної кількості підключень, що очікують на розгляд. Це запобігає перевантаженням під час стрибків трафіку. Наприклад, збільшення відставання до 6144, як у наданій конфігурації, враховує раптову кількість гравців у таких сценаріях, як запуск ігор або події у вихідні. У поєднанні з використанням ChannelOption.SO_KEEPALIVE, який підтримує довгострокові з’єднання клієнт-сервер, це налаштування може значно покращити стабільність сервера під час навантаження. 💡

Ще одна сфера, яку часто забувають, — це моніторинг і профілювання продуктивності окремих потоків. Такі інструменти, як JVisualVM або вбудовані показники Netty, можуть ідентифікувати потоки, які споживають надмірні цикли ЦП. Наприклад, якщо певний робоча нитка обробляє більше підключень, ніж інші, запровадження балансування навантаження підключення або призначення певних навантажень може запобігти нерівномірному використанню ресурсів. Впровадження періодичної діагностики забезпечує ефективну адаптацію сервера до зростаючої бази гравців.