2、性能分析中的队列与相关概念解析

性能分析中的队列与相关概念解析

1. 队列在性能分析中的重要性

在性能分析领域，队列的概念至关重要。对于有计算机工程背景的读者来说，可将队列简单理解为缓冲区。在计算机系统、应用程序和网络中，缓冲区是常见的临时存储形式，而物理缓冲区通常是有限大小的存储区域。然而，队列理论的一大优势在于，我们无需受此限制。通过解决队列模型，能为特定应用确定最合适的物理缓冲区大小。

队列理论相对年轻，2009 年是 A. K. Erlang 发表开创性队列理论论文的一百周年。所有现代计算机架构可视为缓冲区网络，而缓冲区又可抽象为队列，因此计算机架构能抽象为队列网络。

在进行性能分析时，性能模型十分关键。虽然不一定需要复杂的模型，但模型应尽可能简单，正如爱因斯坦所说“要尽可能简单，但不能更简单”。很多时候，人们倾向于仅依靠性能测量（如负载测试）来分析性能问题，但这是不够的。因为测量过程可能出错，测量工具也可能损坏。若没有性能模型，就难以判断数据是否存在潜在问题。

2. 性能模型的效率示例

以 Java 虚拟机（JVM）应用为例，使用 JMeter 生成工作负载并收集吞吐量测量数据。原本计划将通用可扩展性定律（USL）应用于这些数据，但在将数据导入 Excel 进行初步处理时就发现了问题。数据显示效率超过了 100%，这显然是不可能的。

从图 1.1 的归一化负载测试数据可以看出，吞吐量曲线看似正常，具有单调递增、线性上升和达到饱和等预期特性。但在图 1.2 的 Excel 电子表格中，第三列的效率值在 N = 5 到 N = 150 用户之间大于 100%，这是不合理的。将这些效率值单独绘制（图 1.3），可以更清晰地看到除第一个数据点外，