Geri Dön

Java sanal iş parçacıkları ve mikroservis performansı: Bloklayan giriş/çıkış tabanlı mimariler üzerine bir analiz

Java virtual threads and microservice performance: An analysis of blocking input/output-based architectures

PDF İndir

  1. Tez No: 1010518
  2. Yazar: SEYİT AHMET ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUAMMER AKÇAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Java, Mikroservis, Performans analizi, Performans ölçümleri, Verimlilik analizi, Java, Microservice, Performance analysis, Performance measurements, Productivity analysis
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Yazılımı Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Modern mikroservis mimarileri, doğaları gereği yoğun Giriş/Çıkış (G/Ç) operasyonlarına bağımlıdır ve bu durum, yüksek eşzamanlılık yönetimi gerektirir. Geleneksel“istek başına iş parçacığı”(thread-per-request) modeli, işletim sistemi tarafından yönetilen ve maliyetli olan platform iş parçacıklarının (platform threads) G/Ç beklemesi sırasında bloke olması nedeniyle ciddi performans ve ölçeklenebilirlik sorunlarına yol açmaktadır. Bu darboğaz, sistem verimini (throughput) düşürürken, gecikmeyi (latency) artırır ve kaynakların verimsiz kullanılmasına neden olur. Bu tez çalışması, Java 21 ile sunulan Sanal İş Parçacıklarının (Virtual Threads), bu köklü soruna getirdiği çözümü ampirik olarak analiz etmeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın temel hedefi, bloklayan G/Ç operasyonları içeren kontrollü bir mikroservis mimarisinde, Sanal İş Parçacıklarının geleneksel platform iş parçacığı modeline kıyasla sistem performansı üzerindeki etkilerini nicel verilerle ortaya koymaktır. Bu hedef doğrultusunda, servisler arası bloklayan HTTP çağrılarını simüle eden üç adet Spring Boot uygulamasından oluşan bir test ortamı tasarlanmıştır. Bu ortamda, artan eşzamanlı kullanıcı yükü altında, platform iş parçacığı havuzuyla sınırlandırılmış geleneksel model ile Sanal İş Parçacıklarının etkinleştirildiği saf model ve Semaphore kullanılarak eşzamanlılık denetiminin sağlandığı hibrit model karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Performans analizi; verim, yanıt süresi, sistem kararlılığı ve kaynak verimliliği gibi temel metrikler üzerinden gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, Sanal İş Parçacıklarının özellikle yüksek eşzamanlılık gerektiren G/Ç'ye bağlı senaryolarda platform iş parçacıklarına göre belirgin bir üstünlük sergilediğini göstermiştir. Platform iş parçacığı havuzunun doygunluğa ulaştığı yüksek yük seviyesinde (5.000 istek) Semaphore ile optimize edilmiş Sanal İş Parçacıkları kullanan sistemin toplam işlem süresi 61,58 saniyeden 35,59 saniyeye gerileyerek %42 oranında kısalmış ve sistem verimi 1,7 kata kadar artmıştır. Ayrıca kritik yük seviyesinde (4.000 istek) saf Sanal İş Parçacığı modeli %25 hata oranı ile sistem kararlılığını yitirirken, hibrit model %100 başarı oranı ile çalışmaya devam etmiştir. Bununla birlikte çalışma, Sanal İş Parçacıklarının kontrolsüz kullanımının veritabanı kaynaklarında aşırı çekişmeye (resource contention) yol açarak sistem hatalarına neden olabildiğini; bu nedenle üretim ortamlarında Semaphore gibi geri basınç (backpressure) mekanizmalarının uygulanmasının mimari bir zorunluluk haline geldiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, Sanal İş Parçacıklarının bu üstün performansı çok daha az sayıda işletim sistemi iş parçacığı kullanarak başardığı ve bu sayede sistem kaynaklarını önemli ölçüde daha verimli kullandığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, Sanal İş Parçacıklarının, reaktif programlama gibi karmaşık kodlama paradigmalarına geçiş yapma zorunluluğu olmaksızın, geleneksel bloklayan kodlama stilinin basitliği ve okunabilirliği ile yüksek ölçeklenebilirlik ve performans sunduğunu kanıtlamaktadır. Bu yeni teknoloji, doğru mimari desenlerle desteklendiğinde, G/Ç'ye bağlı modern Java uygulamalarının geliştirilmesinde ve performansının iyileştirilmesinde devrim niteliğinde bir potansiyel taşımaktadır.

Özet (Çeviri)

Modern microservice architectures inherently rely on intensive Input/Output (I/O) operations, a condition that necessitates high concurrency management. The traditional“thread-per-request”model leads to serious performance and scalability issues due to the blocking of costly, operating system-managed platform threads during I/O waiting periods. This bottleneck reduces system throughput while increasing latency and causing inefficient resource utilization. This thesis aims to empirically analyze the solution brought to this fundamental problem by Virtual Threads, introduced in Java 21. The primary objective of the study is to quantitatively demonstrate the effects of virtual threads on system performance compared to the traditional platform thread model within a controlled microservice architecture containing blocking I/O operations. To this end, a test environment consisting of three Spring Boot applications simulating inter-service blocking HTTP calls was designed. In this environment, under increasing concurrent user load, a comparative analysis was conducted among the traditional model limited by a platform thread pool, the pure model where virtual threads are enabled, and the hybrid model where concurrency control is provided using Semaphores. The performance analysis was carried out based on key metrics such as throughput, response time, system stability, and resource efficiency. The findings indicate that virtual threads exhibit a distinct superiority over platform threads, particularly in I/O-bound scenarios requiring high concurrency. At peak load levels (5.000 requests) where the platform thread pool reached saturation, the system using virtual threads optimized with Semaphores reduced total processing time from 61,58 seconds to 35,59 seconds (by 42%) and increased system throughput by up to 1.7 times. Additionally, at the critical load level (4.000 requests), while the pure Virtual Thread model lost system stability with a 25% error rate, the hybrid model continued to operate with a 100% success rate. Nevertheless, the study also revealed that the uncontrolled use of virtual threads can lead to system errors by causing excessive resource contention in database resources; therefore, the implementation of backpressure mechanisms, such as Semaphores, in production environments is an architectural necessity. Furthermore, it was observed that virtual threads achieved this superior performance using significantly fewer operating system threads, thereby utilizing system resources much more efficiently. In conclusion, this study demonstrates that virtual threads offer high scalability and performance combined with the simplicity and readability of the traditional blocking coding style, without the necessity of transitioning to complex coding paradigms like reactive programming. When supported by appropriate architectural patterns, this new technology holds promising potential for the development and performance improvement of I/O-bound modern Java applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    836934

    Kural tabanlı optimizasyon ile ağ saldırılarının tespiti

    Detection of network attacks with rule-based optimization

    OĞUZ ÖZGER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HALİT ÖZTEKİN

  2. Tez No

    243691

    Executing codes for IA-32 (x86) architecture on java virtual machines

    IA-32 (x86) mimarisi için geliştirilmiş kodların java sanal makinasında koşturulması

    ERDEM GÜVEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. ŞEN ÇAKIR

  3. Tez No

    367541

    Kurumsal kaynak planlama yazılımları, sap yazılımı incelemesi ve perakende satış alanında SAP ile enegre bir yazılım geliştirilmesi

    Analysis of erp softwares, SAP software and developing a sap integrated retailing software

    ÖMER AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiDumlupınar Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HASAN TEMURTAŞ

  4. Tez No

    101187

    Bir dağıtılmış ortak bellek sisteminin gerçeklenmesi

    Implementation of a distributed shared memory system

    YUNUS EMRE SELÇUK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2000

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. NADİA ERDOĞAN

  5. Tez No

    385094

    Design and implementation of shared memory and hybrid communication models for Portico RTI

    Portico RTI için paylaşımlı hafıza ve hibrit iletişim modellerinin tasarımı ve geliştirilmesi

    SERKAN ÖZEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SELİM TEMİZER

Geri Dön