UUID 生成器有多快

轉載自：https://lotabout.me/2019/UUID-Generator-Benchmark/

敘述

在 Java 中，我們常用 UUID.randomUUID() 來隨機生成一個 UUID。但在某些極端的情況下，它的性能可能滿足不了你的要求（雖然幾乎不可能出現）。這裏我們測試了 4 種 UUID 生成器的性能。

測試結果

最終測試的結果如下（雖然只看到 3 根線，但其實有 4 根，其中藍線 UUID.randomUUID 與綠線 jugWithSecureRandom 幾乎重合）：

可以看到：

• 在單線程時，jugWithRandom 遠遠超過其它的生成器，而 jugTime 次之。
• 隨着線程的增加，各生成器的吞吐均有所下降。
  • randomUUID 中使用 SecureRandom 來獲取隨機數，而它是通過獲取操作系統的一些隨機噪聲來生成隨機數的，所以是安全的，但性能卻不是很好（相對）。
  • 所有這些生成器都是線程安全的，換句話說內部會做線程同步，因此線程增加，吞吐會下降。
  • 其中 Random 是用 CAS 來完成同步，其餘均使用 synchronized，理論上高併發下，線程數越多，Random 的性能越差，而其它則幾乎不變。
• 注意 jugTime 在單線程時吞吐接近 1w/ms，這也是基於時間的 UUID 每毫秒能擁有的最大數值（參考uuid-timebased 說明）。
• jugTime 的生成器的性能幾乎總是優於 randomUUID。
• 不過現實中，不太能遇到有場景需要有 1k/ms 這樣的吞吐需求。

測試設置

這裏我們測試了 java 內置的 UUID.randomUUID()， java-uuid-generator 的 TimeBasedGenerator 和 RandomBasedGenerator，而其中隨機數發生器分別選用 Random 和 SecureRandom。測試代碼 如下：

@BenchmarkMode({Mode.Throughput})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@State(Scope.Benchmark)
@Warmup(iterations = 5)
public class MyBenchmark {

    private RandomBasedGenerator randomBasedGenerator;
    private RandomBasedGenerator jugRandomGenerator;
    private TimeBasedGenerator timeBasedGenerator;

    @Setup
    public void init() {
        randomBasedGenerator = Generators.randomBasedGenerator();
        timeBasedGenerator = Generators.timeBasedGenerator();
        jugRandomGenerator = Generators.randomBasedGenerator(new Random());
    }

    @Benchmark
    public void UUIDRandomUUID(Blackhole bh) {
        bh.consume(UUID.randomUUID());
    }

    @Benchmark
    public void jugWithRandom(Blackhole bh) {
        bh.consume(jugRandomGenerator.generate());
    }

    @Benchmark
    public void jugWithSecureRandom(Blackhole bh) {
        bh.consume(randomBasedGenerator.generate());
    }

    @Benchmark
    public void jugTime(Blackhole bh) {
        bh.consume(timeBasedGenerator.generate());
    }
}

測試框架使用 Jmh。測試使用 jdk 1.8 在 8C MacBook Pro 下完成，分別測試了 1,2,4,8 個線程下的吞吐。

寫在後面

這個測試的起因是產品在壓測的時候發現 UUID 生成佔 Running 線程較大的部分，且 JProfiler 的線程圖中有許多線程是 Blocking 的狀態，因此猜測是 UUID.randomUUID中的synchronized 導致線程同步慢，所以想找一些替代的生成器。最後發現 UUID.randomUUID 的吞吐並不是什麼大的問題，但也很慶幸做了這個測試，瞭解了 UUID 生成器的能力，還有 Time-Based UUID 也是一個不錯的選擇。