На протяжении многих лет одним из главных вопросов, связанных с приложениями на .NET, был вопрос производительности. Одна из самых первых статей на эту тему датирована еще 2001-м годом.

Тема не теряла актуальности более 10 лет, и в 2011 люди все еще задают вопросы в поисках лучшего инструмента для профилировки.

О том, что все это значит для современной .NET-разработки и какие инструменты для обеспечения максимальной производительности использует крупнейшее сообщество разработчиков в мире, мы решили поговорить с перфоманс-инженером Stack Overflow Марко Чеккони.

Марко Чеккони, инженер Stack Overflow из Лондона. Много пишет о разработке софта, кодинге, архитектуре и командной работе.

– Вы работаете в Stack Overflow, можете назвать основные «болевые точки» вашего проекта с точки зрения производительности?

– Их две: с одной стороны, нам надо быть очень-очень аккуратными при инстанцировании объектов и в работе со сборкой мусора, а с другой, нам нужно не меньше внимания уделять тому, как мы используем SQL-сервер, пишем SQL-запросы, строим таблицы и т.п.

На данный момент это два основных аспекта, которым мы уделяем максимальное внимание, и которые больше всего влияют на производительность.

– Ваше решение построено полностью на С#, или есть части на других языках, типа C++, Java, Python или других?

– Я бы сказал, что на 99% у нас С#. У нас, конечно, есть немного на C++ или С, но в строчках кода это совсем мало. Естественно, у нас есть TypeScript и JavaScript. JavaScript у нас на сервере используется для компиляции бандлов и минификации кода. Мы также пользуемся SQL, это другой язык. Вот и все.

– Можете приоткрыть завесу, почему вы решили разрабатывать проект на C#, а не на других языках и технологиях?

– Могу я зайду немного с другой стороны, отвечая на этот вопрос? Stack Overflow существует уже 8 лет. И за это время мы выросли, я не знаю, где-то со ста тысяч просмотров за день до миллиардов просмотров в месяц. И мы все еще используем C#. Так почему же мы не перешли на что-то другое? И ответ здесь не в какой-то нездоровой преданности Microsoft, дело в очень хорошей среде выполнения, которая соответствует всем нашим нуждам. И мы просто не видим причины тратить время и переключаться на что-то еще. На данный момент для нас все это работает более, чем хорошо.

– То есть на данный момент у вас есть дополнительные резервы для того, чтобы справиться с резким наплывом посетителей, если таковой случится?

– На данный момент мы работаем на 5% от максимальной мощности. Мы можем выдержать в 20 раз большую нагрузку. Ну, это будет, конечно, тяжело, мы бы не хотели работать на все 100% все время, но в настоящий момент у нас что-то между 5 и 10%.

– Стоит ли нам тогда вообще продолжать интервью? :) Судя по всему у вас нет никаких проблем с производительностью.

– О, нет, у нас множество проблем с производительностью. Но вы знаете, оптимизация производительности – это не то, чем вы занимаетесь только тогда, когда уже все умирает и постоянная нагрузка на процессор не падает ниже 80% в течение дней. Именно потому, что мы постоянно оптимизируемся, именно благодаря этому у нас нагрузка 5%, оптимизация – это постоянный и длительный процесс.

Запас прочности

– ОК, можете припомнить особенно серьезные проблемы? Может быть, какие-то события на рынке, в вашей истории, когда вы реально испытывали задержки и перебои в работе вашего решения?

– Нет, проблем такого масштаба у нас никогда не было. Причиной тому наш огромный запас прочности. Мы работаем, даже когда нас DDoSят. Конечно, никогда не следует быть слишком самоуверенным, но у меня сложилось впечатление, что при супермасштабной DDoS-атаке первым забьется наш Интернет-канал, а с этим мы уже практически ничего сделать не в состоянии. Есть определенные события, отражения которых мы видим в логах. Когда выпустили Pokemon-Go, у нас был очень большой рост на несколько дней. А выборы президента дали заметный спад, после выборов значительно сократилось количество посетителей. Мы можем отслеживать такие события, но эти скачки не превышают 100% от нормы.

– Давайте перейдем к выбору инструментов. Какой ваш любимый инструмент для нахождения «бутылочных горлышек» в коде?

У нас есть собственный инструмент, который называется МiniProfiler. Он опенсорсный, вы можете найти его на GitHub. Работает он на .NET и Ruby. Под .NET он работает оператором using. Using мы используем для определения блока кода, который мы хотим измерить. Если вы хотите измерить время вызова, вы можете упаковать это в using, таким образом создавая профиль исполнения запроса. Например, у нас есть таймер, который включается, когда мы начинаем обрабатывать запрос, и этот же самый таймер останавливается, когда обработка запроса заканчивается. Таймеры существуют для каждой БД, каждого запроса к БД, к движку ElasticSearch.

Таймеры установлены в разные блоки каждой страницы, поэтому мы можем сравнить и оценить скорости рендеринга списка вопросов со скоростью рендеринга нижнего или верхнего колонтитулов на главной странице. Этот инструмент вставляет результаты подсчетов в качестве комментариев в response headers. Девелопер видит на странице маленькое поле с данными в правом верхнем углу, которое содержит данные про времени рендеринга страницы, а при нажатии на это поле будет отображена подробная информация по каждому из процессов на странице.

Этот инструмент рассчитан на обнаружение конкретных проблем. Если при просмотре какой-то страницы возникает задержка, я точно вижу, почему она возникает. Также мы используем подмножество данных, которые мы собираем и храним вместе с логами, это позволяет создавать SQL-запросы и выводить статистику эффективности по каждой странице.

Еще один наш инструмент называется Bosun – это система сигнализации по временным рядам. Она осуществляет мониторинг указанных нами параметров, например, памяти, распределенных ресурсов, и поднимает тревогу при значительном изменении этих параметров.



У нас есть еще одна система, которая мониторит каждый SQL-запрос, другими словами, она собирает статистику по работе БД. Благодаря этому мы точно знаем, какие запросы занимают большее время, не сделали ли мы что-то неправильно, и что вообще происходит.

Другая система все время отслеживает параметры работы сервера, такие как память и CPU. У нас есть возможность отслеживать все особые ситуации, которые происходят на всех наших серверах со всеми нашими проектами.

– Это похоже на Telegraf?



– Наш инструмент называется Opserver, мы сами его создали специально для решения этой задачи, и он с открытым исходным кодом.

– Каков ваш подход к оптимизации быстродействия. Что вы делаете с «медленным» кодом?

– Обычно «плохо пахнут» аllocations, которые не всегда просто найти – единственный способ это сделать это взять дамп памяти IIS и напрямую посмотреть, что там происходит и почему это занимает столько памяти, потому что allocation может случиться где угодно. Это может произойти как в нашем собственном коде, так и в вызванной библиотеке. Такое случается как в сторонних библиотеках, так и в библиотеке .NET. Например, StringBuilders стали добавлять одну allocation в конструкторе, и это совершенно точно весьма серьезно повлияло на работу нашей системы.

Иногда allocations происходят при использовании LINQ. LINQ ужасен для allocations. Иногда его оптимизируют, и он работает, а иногда нет, и всегда очень сложно сказать, будет ли все работать без проблем или нет. Это основное, за чем мы наблюдаем и что отслеживаем.

– Вы упомянули специальный инструмент, который вы используете в Stack Overflow. Можете ли вы сказать, как вы осуществляете бенчмаркинг?

– На самом деле, мы не так часто занимаемся бенчмаркингом. Основное для нас, это как себя ведет код, когда он поступает в продакшн. Продакшн – вот наш бенчмарк. Мы просто релизим код и смотрим, работает он или нет. И для того, чтобы вы понимали, почему это важно, просто подумайте про SQL-запросы. Допустим, вы создали плохо оптимизированный SQL-запрос. Вы не можете сразу определить конкретно этот запрос как источник проблем, потому что вы можете что-то заблокировать, а остальное будет работать штатно. Когда код в продакшене, вам не всегда очевидны связи между кодом и последствиями. В целом, всегда сложно создать максимально приближенное к реальности окружение для безопасного тестирования кода вне продакшена.

— Часто оптимизированный код выглядит куда красивее

– Чаще всего высокопроизводительный код оказывается весьма некрасивым и набитым различными хаками. Вы испытываете сложности в работе с оптимизированным кодом?

– Да, иногда оптимизация это хаки или уродливые вещи типа размотки цикла, но в большинстве случаев оптимизация – это не то, что ухудшает код. На самом деле, в большинстве случаев быстрый код оказывается гораздо красивее.

То, что я говорю может прозвучать глупо, но я уверяю вас, что это правда. Если вы напишете меньше кода, он будет работать быстрее. Вы в прямом смысле пишете меньше кода, поэтому он оказывается компактным. В одном и том же классе вы можете найти все от HTML, к сожалению, до SQL. И он очень компактен, все находится друг рядом с другом. Все это делает наш код более читаемым, потому что все у тебя под рукой, не нужно все время ссылаться на другие части кода.

– Разве более компактный код по факту не оказывается менее читаемым и поддерживаемым?

– Более компактный код действительно не обязательно становится более понятным и легким в обслуживании, но самодостаточность кода без внешних зависимостей действительно делает его более понятным и maintainable. Как мне кажется, основное в нашем коде – это зависимость только от себя самого. Допустим, вы пишете Mock-проект, очень-очень маленькую штуку, просто для тестирования кейса или что-то очень компактное, занимающее всего несколько сотен строк кода. Может быть, вы поднимаете Linkpad и загружаете вашу штуку туда, очень компактную, и все там.

Этот код должен быть для вас очень понятен. Там сотня строк кода, вы можете прочитать их все, держать их в голове, представлять, как она работает. И это то, к чему мы стремимся, каждая фича очень-очень компактная и автономная. Конечно, не всегда это получается, и код получается более сложным, но это неизбежно. Мне кажется, что в 90% случаях, когда я работаю, я не пишу сложный код. Я пишу очень-очень простые вещи с минимумом движущихся деталей, и это реально просто. Что же касается нашего разговора о производительности, я просто покажу вам примеры и то, как мы этого добились. Вы увидите, что код максимально простой и компактный, даром что очень эффективный.

– Проблемы с производительностью возникают не только в твоем собственном коде

– Я только что понял, что проблемы с производительностью возникают не только в твоем собственном коде. Есть еще среда, железо и библиотеки сторонних производителей. Вам приходится это использовать «как есть», или есть какие-то способы оптимизировать и это?

– Мы очень хорошо об этом знаем. Все наше железо разработано нами. Естественно, мы не проектируем материнские платы, но все требования разрабатываются специальным подразделением SRE: сколько оперативной памяти, каких производителей, какие модели и какие power strips мы хотим использовать. Все специфицировано нами, именно поэтому мы не пользуемся облачными сервисами, у нас собственный хостинг и мы все контролируем. Постройка машин, специально заточенных под наши задачи и требования – один из залогов нашей производительности.

Что касается библиотек сторонних разработчиков, да, нам знакома и эта проблема. Основные наши вопросы: что ты делаешь, какими инструментами пользуешься, например, библиотека, которую мы написали сами и опубликовали. В большинстве случаев наши требования сильно отличаются от стандартных. Мы постоянно переписываем библиотеки под себя. У нас есть собственный набор библиотек, например, клиент Redis, собственное решение protobuf, JMS serializer и т.п.

– Кстати, у вас есть собственная версия C#?

– У нас собственная версия Roslyn-based компилятора, в основном для компиляции razor-шаблонов, но единственное, для чего он используется – это локализация. Мы переделываем только то, что нам нужно, язык мы не расширяем. Язык Vanilla мы используем сам по себе. Основная причина, по которой мы не модифицируем язык – совместимость, это сразу ломает Visual Studio и все прочее, а мы этого не хотим.

– Звучит круто.

Учитывая все, что мы обсудили относительно оптимизации, есть ли определенные сигналы для девелопера, когда ему стоит начать оптимизировать код, или не начинать совсем?

– Постоянно оптимизируйте код. Производительность – это фича, недостаточная производительность – это баг.

– Философский вопрос – я верю, что IT это про деньги. Если кто-то спросит, сколько времени вы тратите на оптимизацию работы, сможете ему ответить конкретно, например, «40 часов»? За эти 40 часов вы можете внедрить фичу для пользователя или потратить на оптимизацию, нужда в которой некритична. Это своего рода компромисс.

– Я не согласен с вами. Если у вас баг в релизе, вы что, его не исправите?

– Конечно, исправлю.

– Вот именно. Это то же самое. Недостаток производительности – это баг, который нужно исправить. Все просто.

– А как тогда определить, что в производительность стала «багом»?

– Вы постоянно отслеживаете параметры производительности. Заметили, что производительность падает? Находите проблему и решаете ее. Естественно, никто не занимается оптимизацией только ради процесса. Мы делаем это так: отслеживаем параметры; видим, когда что-то сломалось или работает неправильно; фиксим проблему. В нашем конкретном случае все просто. Процесс починки – непрост, прост процесс принятия решения. Когда что-то работает неэффективно, например, страница вместо 20 миллисекунд грузится 2 секунды – вам нужно исправить это. Нельзя заставлять пользователя ждать 2 секунды. Может быть, некоторые компании могут себе это позволить. Мы – нет.

– Используете ли какие-либо способы оптимизации железа? Например, многопоточность, hyper-threading, вычисления на GPU?

– Используем. В одном случае мы использовали CUDA для требовательных параллельных вычислений. Мы вообще много используем параллельность, но в основном для таких задач, как build. Когда мы хотим обработать несколько файлов, мы используем параллельные вычисления и многопоточность везде, где это возможно. С точки зрения кода, мы стараемся использовать sync, чтобы избежать всех external weights, таких, как weights БД. Но я не уверен, что это можно назвать истинной многопоточностью. Дайте мне подумать…

В большинстве случаев лучшая стратегия для веб-сервера – это максимальная быстрота, не надо размазываться на разные ядра. Потому что мы постоянно конкурируем с определенным количеством запросов других пользователей. Лучший вариант использования CPU в этом случае, наверное, оставить распределение запросов по ядрам для IAS. В случае использования библиотек или приложений в backend это имеет больше смысла, так как там меньше запросов и лучше использовать больше ядер на запрос. На самом деле именно для этого создавалась CUDA. Мы заметили, что увеличение количества потоков увеличило и производительность, поэтому я сказал: «Давайте это попробуем». Другой разговор, что конкретно я отдам для этого.

– Я что-то слышал о значке «НЕ РОБОТ». Можете что-нибудь про это рассказать?

– Stack Overflow – пользовательское комьюнити для разработчиков, и мы награждаем разработчиков, присваивая им очки, которые называются «репутация», а также награждаем значками. Этим мы поощряем людей и стимулируем их заниматься тем, что мы считаем полезным для сообщества. Например, если вы задаете умный вопрос, вы получаете значок. Если хорошо отвечаете на умный вопрос – тоже получаете значок. Значком «НЕ РОБОТ» мы награждаем людей, которые приходят и общаются с некоторыми нашими спикерами, а также ходят на конференции.

В последнее время мы очень много комментируем и устраиваем много конференций. Мы также заметили, что люди стесняются задавать вопросы и не ходят на конференции, может быть, они интроверты, может быть, считают нас недосягаемыми, а может быть, что Stack Overflow – пришельцы из космоса. Поэтому мы и создали значок, чтобы мотивировать людей. Когда мы встречаемся в реале, вы получаете специальный код для активации значка. Значок очень редкий, и единственный способ получить его – встретиться с нами. Мы хотим их раздать в Хельсинки и Москве.

– Что бы вы посоветовали всем .NET и C# разработчикам?

– Делать то, что нравится и вдохновляет. Очень важно то, что разработка – это не просто работа. Разработка – это еще и креативный челлендж, потому что в отличие, например, от автослесаря, вы каждый день сталкиваетесь с чем-то новым. Это означает постоянно заниматься чем-то новым и постоянно учиться чему-то новому. Важно не только делать свою работу профессионально, но еще и со страстью. Развивайте свое увлечение работой, это постоянно толкает вас к дополнительным свершениям, а не просто к работе «от и до». Думайте над тем, что сделает вас счастливым, и делайте это.

---

Кстати, послушать Марко и получить значок «НЕ РОБОТ» можно будет 9 декабря на конференции «DotNext».

Вопросам производительности будут посвящены также следующие доклады:

? WinDbg Superpowers for .NET Developers
? А не зашкалит сервер от 100,000 запросов/сек?
? End-to-end JIT
? Модификация кода .NET в рантайме