《吞吐量：TPS与QPS的辨析及深入理解》
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一、引言
在计算机系统、网络服务以及数据库等性能评估领域，吞吐量是一个关键的指标，经常会涉及到两个相似但又有所区别的概念，即TPS（Transactions Per Second，每秒事务数）和QPS（Queries Per Second，每秒查询数），这两者都与吞吐量有着紧密的联系，但又不能简单地将吞吐量完全等同于其中某一个概念。
二、TPS（每秒事务数）
1、定义与概念
- TPS衡量的是系统在每秒内能够处理的事务数量，这里的事务是一个较为广义的概念，它可以是一个完整的业务操作，例如在一个电商系统中，用户下单、支付、订单状态更新等都可以看作是一个事务，一个事务往往包含多个操作步骤，这些步骤需要在数据库或者系统中按照一定的逻辑顺序执行，并且要么全部成功，要么全部失败（原子性）。
- 在一个银行转账系统中，从一个账户扣除金额并在另一个账户增加金额这一整套操作就是一个事务，如果在扣除金额成功后，由于系统故障无法完成增加金额的操作，那么整个事务就会回滚，以保证数据的一致性。
2、对吞吐量的影响
- TPS是反映系统处理事务能力的重要指标，在很多业务场景下直接关系到系统的吞吐量，当TPS较高时，说明系统能够快速地处理大量的业务事务，系统的吞吐量就比较大。
- 以一个在线票务预订系统为例，如果TPS能够达到100，意味着每秒可以处理100个票务预订事务，包括查询余票、选择座位、下单、支付等一系列相关操作，这对于应对高并发的票务预订需求至关重要，高TPS可以确保在高峰时段，如热门演唱会或春运期间的火车票预订时，系统能够正常运行，不会因为处理事务过慢而导致用户长时间等待或者系统崩溃。
3、计算与测量
- 计算TPS通常需要明确事务的定义边界，在实际测量中，可以通过在系统中设置计数器，记录在一定时间内（通常为1秒）成功完成的事务数量，在一个测试环境中，可以使用专门的性能测试工具，如JMeter或者LoadRunner，来模拟多个用户并发执行事务，然后统计每秒成功完成的事务数量。
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- TPS的测量也面临一些挑战，比如事务的复杂程度不同会影响测量结果，一个简单的事务可能只涉及少量的数据库操作，而一个复杂的事务可能包含多个模块之间的交互、大量的计算和数据存储操作，在这种情况下，即使两个系统的TPS数值相同，其实际的处理能力和效率可能存在很大差异。
三、QPS（每秒查询数）
1、定义与概念
- QPS主要关注的是系统每秒能够处理的查询请求数量，查询在这里是指对系统资源（如数据库、文件系统、Web服务等）进行信息检索的操作，在一个新闻网站中，用户查询某一新闻分类下的文章列表、搜索特定关键词的新闻等操作都属于查询。
- 与事务不同，查询往往是一个相对单一的操作，它主要目的是获取数据而不是改变数据状态（有些查询可能会有一定的缓存更新等附带操作，但整体上与事务的概念不同）。
2、对吞吐量的影响
- QPS是衡量系统查询处理能力的关键指标，对于以数据查询为主的系统，如搜索引擎、数据仓库查询界面等，QPS直接决定了系统的吞吐量，如果一个搜索引擎的QPS很高，例如达到1000，这意味着每秒可以处理1000个用户的搜索请求，能够快速响应用户的查询需求，提供良好的用户体验。
- 在内容分发网络（CDN）中，高QPS能够确保快速响应用户对网页内容、图片、视频等资源的查询请求，如果QPS不足，可能会导致用户在访问网站时加载缓慢，尤其是在高流量的情况下。
3、计算与测量
- 计算QPS相对较为直接，通常在系统的入口点（如Web服务器的请求处理模块或者数据库的查询接口）设置计数器，统计每秒接收到并处理的查询请求数量，同样，可以使用性能测试工具来模拟大量的查询请求并进行测量。
- QPS的测量也需要考虑一些因素，查询的类型不同，处理的复杂度和时间成本可能有很大差异，简单的查询如查询一张表中的单个字段可能非常快速，而复杂的多表联合查询、带有模糊搜索条件的查询可能需要更多的时间和系统资源。
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四、吞吐量与TPS、QPS的关系
1、区别
- 吞吐量是一个更为广义的概念，它不仅仅局限于TPS或者QPS，吞吐量可以涵盖系统对各种类型操作（包括事务、查询以及其他类型的操作如文件传输等）的处理能力总和。
- TPS侧重于事务处理，涉及到业务逻辑的完整性和数据的一致性维护，而QPS侧重于查询操作，主要关注数据的检索，在一个企业资源计划（ERP）系统中，TPS会涉及到订单处理、库存管理等事务操作，而QPS更多地与查询库存余额、员工信息等操作相关。
2、联系
- 在某些特定的系统中，如果事务主要由查询操作组成，那么TPS和QPS可能会有比较紧密的联系，在一个简单的投票系统中，事务可能就是查询投票选项、记录投票（这一记录投票操作可能也可以看作是一个简单的查询加数据更新操作），此时TPS和QPS的数值可能会比较接近。
- 无论是TPS还是QPS的提高都有助于提升系统的整体吞吐量，如果一个系统能够同时提高TPS和QPS，那么它在处理各种类型的业务负载时就会更加高效，一个数据库管理系统，通过优化查询算法提高QPS，同时优化事务处理机制提高TPS，将能够更好地应对不同用户的需求，无论是查询数据还是执行复杂的业务事务。
五、结论
吞吐量不能简单地被定义为TPS或者QPS，TPS和QPS分别从不同的角度衡量系统的性能，它们在不同的业务场景下有着各自的重要性，对于一个完整的系统性能评估，需要综合考虑TPS、QPS以及其他相关的性能指标，如响应时间、资源利用率等，只有这样，才能全面准确地了解系统的性能状况，为系统的优化、升级以及容量规划等提供可靠的依据，在实际的系统设计和开发过程中，根据业务需求合理平衡TPS和QPS的提升，是提高系统整体吞吐量和性能的关键所在。
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