java性能優(yōu)化筆記（一）概述

性能參考指標(biāo)：

• 執(zhí)行時(shí)間： 程序從開始到結(jié)束的執(zhí)行時(shí)間。

• CPU時(shí)間： 函數(shù)或者線程占用的cpu時(shí)間。

• 內(nèi)存分配： 程序運(yùn)行期間所占內(nèi)存。

• 磁盤吞吐量： 硬盤I/O使用情況。

• 網(wǎng)絡(luò)吞吐量： 網(wǎng)絡(luò)使用情況。

• 響應(yīng)時(shí)間：用戶行為做出的響應(yīng)時(shí)間，越短性能越好。

短板原理：

一直木桶能裝多少水取決于桶壁最短的那個(gè)木板。 
產(chǎn)生短板的資源有：

• 磁盤I/O：很多應(yīng)用大部分瓶頸在硬盤的I/O，硬盤比內(nèi)存慢很多。如果等待磁盤讀寫完成會(huì)浪費(fèi)大量CPU時(shí)間，拖累整個(gè)系統(tǒng)。

• 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或擁塞控制等都會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求效率，如果等待網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求結(jié)束或者超時(shí)時(shí)間設(shè)置過長(zhǎng)會(huì)浪費(fèi)大量CPU時(shí)間，拖累整個(gè)系統(tǒng)。

• CPU：一些運(yùn)算對(duì)CPU直接或者不間斷占用很大，CPU密集型應(yīng)用會(huì)在CPU上產(chǎn)生瓶頸。

• 程序異常：對(duì)于java應(yīng)用，異常產(chǎn)生構(gòu)造異常棧并加以處理是很耗費(fèi)資源的，高頻率出現(xiàn)異常會(huì)拖垮整個(gè)系統(tǒng)。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在存盤讀盤操作（即磁盤I/O操作），更新索引、鎖等待和競(jìng)爭(zhēng)都會(huì)產(chǎn)生瓶頸。

• 鎖競(jìng)爭(zhēng)：高并發(fā)應(yīng)用線程之間互相鎖的競(jìng)爭(zhēng)，線程上下文切換都是很大的開銷。

• 內(nèi)存：內(nèi)存使用nand flash讀寫速度很快，但如果應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)把內(nèi)存占滿，會(huì)導(dǎo)致交換分區(qū)的使用，內(nèi)存數(shù)據(jù)與硬盤交換分區(qū)交換數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生（即磁盤I/O）瓶頸。

上述瓶頸基本解決方案：

• 磁盤I/O：使用NIO、零拷貝、mmap映射等技術(shù)，盡量異步讀寫硬盤，使用緩存和緩沖區(qū)技術(shù)。使用SSD硬盤，使用RAID技術(shù)提高寫入性能。

• 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：CDN或PCDN加速、緩存、合并請(qǐng)求、壓縮報(bào)文，盡量異步網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求（消息隊(duì)列服務(wù)、master-worker等），使用NIO。加大帶寬、升級(jí)網(wǎng)卡。

• CPU：持續(xù)優(yōu)化代碼，利用好多線程或多進(jìn)程，設(shè)計(jì)合理架構(gòu)，拆分業(yè)務(wù)，減少單機(jī)復(fù)雜運(yùn)算，避免復(fù)雜運(yùn)算和業(yè)務(wù)請(qǐng)求摻雜在一起。

• 異常：處理好邊界、緩沖區(qū)等，尤其需要注意避免出現(xiàn)NullPointException，測(cè)試時(shí)間大于開發(fā)時(shí)間減少bug出現(xiàn)幾率。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)：優(yōu)化sql語(yǔ)句，注意執(zhí)行計(jì)劃，使用緩存代替數(shù)據(jù)庫(kù)部分功能，根據(jù)情景使用合理的存儲(chǔ)引擎，注意鎖，使用連接池，使用PrepareStatment。

• 鎖競(jìng)爭(zhēng)：盡量減少鎖競(jìng)爭(zhēng)，可以使用無(wú)鎖的copy-on-write、重入鎖等技術(shù)。

• 內(nèi)存：優(yōu)化代碼，分析內(nèi)存占用情況，合理配置gc。增大物理內(nèi)存。

Amdahl定律：

加速比公式：加速比=優(yōu)化前耗時(shí)/優(yōu)化后耗時(shí) 
Speedup ≤ 1/(F+(1-F)/N) 
- Speedup：加速比 
- F：串行化比重 
- N：CPU數(shù)量 
根據(jù)Amdahl定律，優(yōu)化的效果取決于CPU數(shù)量以及系統(tǒng)中串行化程序比重，CPU數(shù)量越多，串行比越低，優(yōu)化效果越好。

性能調(diào)優(yōu)層次

• 設(shè)計(jì)調(diào)優(yōu)：對(duì)整體架構(gòu)進(jìn)行梳理，找出短板進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)使用設(shè)計(jì)模式和以往經(jīng)驗(yàn)。詳細(xì)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

• 代碼調(diào)優(yōu)：熟悉基本API、第三方類庫(kù)的原理，選擇最適當(dāng)和最優(yōu)秀的算法，精簡(jiǎn)實(shí)現(xiàn)，面向接口。

• JVM調(diào)優(yōu)：熟悉jvm內(nèi)存模型，字節(jié)碼等深層技術(shù)，使用常用監(jiān)控工具如：visualVM、Jconsole等。進(jìn)行壓測(cè)，調(diào)節(jié)gc和堆棧大小。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)：對(duì)sql語(yǔ)句進(jìn)行調(diào)優(yōu)，分析執(zhí)行計(jì)劃，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)配置調(diào)優(yōu)（緩沖區(qū)、共享區(qū)、連接池等），對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)優(yōu)（冗余、索引、分庫(kù)分表、讀寫分離等）

• 操作系統(tǒng)調(diào)優(yōu)：調(diào)節(jié)句柄數(shù)、關(guān)閉沒用服務(wù)和端口、調(diào)節(jié)共享內(nèi)存、調(diào)節(jié)交換分區(qū)大小等。

最后需要注意：不要因?yàn)閮?yōu)化而優(yōu)化！