java性能優化筆記（一）概述

性能參考指標：

• 執行時間： 程序從開始到結束的執行時間。

• CPU時間： 函數或者線程占用的cpu時間。

• 內存分配： 程序運行期間所占內存。

• 磁盤吞吐量： 硬盤I/O使用情況。

• 網絡吞吐量： 網絡使用情況。

• 響應時間：用戶行為做出的響應時間，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木板。 
產生短板的資源有：

• 磁盤I/O：很多應用大部分瓶頸在硬盤的I/O，硬盤比內存慢很多。如果等待磁盤讀寫完成會浪費大量CPU時間，拖累整個系統。

• 網絡請求：由于網絡不穩定或擁塞控制等都會降低網絡請求效率，如果等待網絡請求結束或者超時時間設置過長會浪費大量CPU時間，拖累整個系統。

• CPU：一些運算對CPU直接或者不間斷占用很大，CPU密集型應用會在CPU上產生瓶頸。

• 程序異常：對于java應用，異常產生構造異常棧并加以處理是很耗費資源的，高頻率出現異常會拖垮整個系統。

• 數據庫：關系型數據庫在存盤讀盤操作（即磁盤I/O操作），更新索引、鎖等待和競爭都會產生瓶頸。

• 鎖競爭：高并發應用線程之間互相鎖的競爭，線程上下文切換都是很大的開銷。

• 內存：內存使用nand flash讀寫速度很快，但如果應用程序和操作系統把內存占滿，會導致交換分區的使用，內存數據與硬盤交換分區交換數據會產生（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，盡量異步讀寫硬盤，使用緩存和緩沖區技術。使用SSD硬盤，使用RAID技術提高寫入性能。

• 網絡請求：CDN或PCDN加速、緩存、合并請求、壓縮報文，盡量異步網絡請求（消息隊列服務、master-worker等），使用NIO。加大帶寬、升級網卡。

• CPU：持續優化代碼，利用好多線程或多進程，設計合理架構，拆分業務，減少單機復雜運算，避免復雜運算和業務請求摻雜在一起。

• 異常：處理好邊界、緩沖區等，尤其需要注意避免出現NullPointException，測試時間大于開發時間減少bug出現幾率。

• 數據庫：優化sql語句，注意執行計劃，使用緩存代替數據庫部分功能，根據情景使用合理的存儲引擎，注意鎖，使用連接池，使用PrepareStatment。

• 鎖競爭：盡量減少鎖競爭，可以使用無鎖的copy-on-write、重入鎖等技術。

• 內存：優化代碼，分析內存占用情況，合理配置gc。增大物理內存。

Amdahl定律：

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

性能調優層次

• 設計調優：對整體架構進行梳理，找出短板進行優化，適當使用設計模式和以往經驗。詳細進行系統設計。

• 代碼調優：熟悉基本API、第三方類庫的原理，選擇最適當和最優秀的算法，精簡實現，面向接口。

• JVM調優：熟悉jvm內存模型，字節碼等深層技術，使用常用監控工具如：visualVM、Jconsole等。進行壓測，調節gc和堆棧大小。

• 數據庫調優：對sql語句進行調優，分析執行計劃，對數據庫系統配置調優（緩沖區、共享區、連接池等），對數據庫設計進行調優（冗余、索引、分庫分表、讀寫分離等）

• 操作系統調優：調節句柄數、關閉沒用服務和端口、調節共享內存、調節交換分區大小等。

最后需要注意：不要因為優化而優化！