java性能调优

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性能优化模式 – 缓冲1
• 缓冲可以协调上层组件和下层组件的性能差，当上层组件 性能优于下层组件时，可以有效减少上层组件对下层组件 的等待时间
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性能优化模式 – 缓冲2
• 生产者消费者模式
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性能优化模式 – 缓冲3
• Java IO中读写文件缓冲，有无缓冲性能差为18倍（积分系 统中同样写一个77MB的文件，无缓冲18s，有缓冲1s）
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性能优化模式
• • • • • • • • 设计模式 缓冲 缓存 池化 时空互换 并行化 协议优化 …
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性能优化模式 – 单例模式
• 单例模式
减少频繁创建对象开销、减少内存消耗从而减轻GC压力
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性能优化模式 – 代理模式1
• 延迟重量级对象创建，加快启动速度
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性能优化模式 – 代理模式2
• 动态代理模式不同实现性能比较
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JVM调优 – GC友好Tip
• ArrayList和LinkedList的删除元素方法，毋庸置疑LinkedList性能更 优 • ArrayList和LinkedList的遍历操作
不推荐使用for-each遍历 ArrayList推荐用for循环遍历（随机访问） LinkedList推荐用迭代器遍历，避免用for循环遍历，速度奇慢
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代码调优 – 不变模式
• • • • 使用不变模式后，不变类的所有实例方法都不需要同步 JDK中的典型不变类String、Integer、Boolean等 不变类对象创建后，其内部状态不再发生变化 不变类必须保证下面4条
去除所有setter方法和所有修改内部状态方法 所有属性都用private final标记 确保没有子类可以重载修改它的行为 有一个可以创建完整对象的构造函数
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代码调优 – 并发数据结构
• CopyOnWriteArrayList
读不加锁，写时先获取对象副本，再修改副本最后写回，写会加 锁 适合读远多于写或者遍历操作数量远多于可变操作数量的场景， 比如监听器列表
• CopyOnWriteSet • ConcurrentHashMap • ConcurrentLinkedQueue
• 持久代：-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize • 线程栈：-Xss • 堆比例参数
-XX:SurvivorRatio = eden / s0 = eden / s1 -XX:NewRatio = 老年代 / 新生代
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JVM调优 – GC算法
• Mark-Sweep算法：会导致不连续内存空间 • Copy算法：比Mark-Sweep高效，新生代GC算法 • Mark-Compact算法：基于Mark-Sweep改进的算法，第一阶 段Mark与Mark-Sweep基本相同，但第二阶段压缩存活对象 到内存一端，之后清理边界外的所有其他空间。老年代GC 算法
ASM方式实现的动态代理函数调用性能最高，但需要 对字节码很熟悉，并且不利于维护 JDK本身动态代理函数调用性能最差，而且不够灵活 JDK本身动态代理对象创建性能最高，因为使用native的 defineClass()方法 Java Assist和CGLib实现的动态代理函数调用性能优于 JDK动态代理，一般推荐用这两种实现动态代理
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一些相关原理
• 80/20原则 • 木桶原理
系统最终性能取决于系统中性能最差的组件，应该关注性能最 差的组件。
• Amdahl定律
定义了串行化系统并行化后的加速比公式（加速比越大，系统 并行化优化效果越好）： 加速比 = 优化前系统耗时 / 优化后系统耗时 假设加速比为Speedup，系统串行化比率（串行执行代码所占比 例）为F，CPU数目为N： Speedup <= 1 / (F + (1 - F) / N) 即当N一定时，F越小，加速比上限越大。
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代码调优 – IO与NIO
• 标准IO包中的类不足以满足高效读写文件的目的，只有 BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、 BuffredOutputStream四个类提供缓冲读写支持 • NIO包极大改善了这个局面，Buffer是NIO的一个核心类 • 如果涉及大文件随机读写，建议使用MappedByteBuffer和 RandomAccessFile
Java性能调优浅谈
@Will
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提纲
• • • • • • 一些相关原理 性能测量指标 性能优化模式 代码调优 JVM调优 …
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性能测量指标 - 1
• 各类资源消耗情况：
磁盘IO 内存占用 CPU 数据库 网络 锁竞争 …
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性能测量指标 - 2
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性能测量指标 - 3
比如用charAt代替startWith和endWith
• 涉及大量字符串拼接优先使用StringBuffer和 StringBuilder • 如果能预估字符串长度，最好提供容量参数
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代码调优 – 数据结构1
• ArrayList和LinkedList的增加元素方法比较
add(E e)：在末尾追加元素，ArrayList未必比LinkedList慢，如果ArrayList指 定了合适的capacity（capcity设置过小会频繁扩容） add(int index, E e)：在指定位置插入元素，LinkedList性能优势开始凸显
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性能优化模式 – 享元模式
• 与单例模式作用类似，避免对象重复创建 开销
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性能优化模式 – Value Object模式
• RMI调用中将多个请求零散信息的请求合并 成只请求一个Value Object
比如请求订单信息场景，将getOrderId、getOrderNum等合 并成getOrder。Order就是Value Object。
• 其他最常用的两个指标（OLTP vs. OLAP）
吞吐量 延迟（或响应时间）
• 低延迟不一定意味着高吞吐量
从山西到广州运煤，一列火车100小时（包括往返）可以运输 10000t 煤，而一架飞机20小时（包括往返）可以运输100t煤。
• 并发度 = 吞吐量 * 延迟
比如一个系统处理某种任务的延迟为1ms，吞吐量为 1000tps， 那么并发度就为1/1000 * 1000 = 1，即单线程模型。
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代码调优 – 其他小Tip
• 尽量使用JDK中提供的API，比如Arrays.sort、 System.arrayCopy（native方法） • 对于重量级对象创建可以用clone()代替new • 静态方法代替实例方法 • 嵌套循环中将忙循环放在内层 • …
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JVM调优 – JMM
• • • • 程序计数器 Java虚拟机栈 本地方法栈（对应native方法） 堆
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性能优化模式 – 代理模式3
• 动态代理模式的实际应用
Hibernate使用CGLib动态代理实现，达到延迟加载对象 的属性（延迟访问数据库）目的：HibernateProxy接口 CGLib的net.sf.cglib.proxy.LazyLoader 接口可以方便地用 于实现对象延迟加载
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JVM调优 –Baidu NhomakorabeaGC相关参数
• 堆Dump：-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError XX:HeapDumpPath=/var/heapdump • 获取GC信息：-verbose:gc或-XX:+PrintGC或XX:+PrintGCDetails，-XX:PrintHeapAtGC、XX:PrintGCApplicationStoppedTime • 类和对象跟踪：-XX:+TraceClassLoading、XX:+TraceClassUnloading • …
适用于高并发场景下的队列，无锁
• BlockingQueue
• …
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代码调优 – 锁优化
• • • • • • 读写锁分离，ReadWriteLock 无锁化，ThreadLocal、CopyOnWriteArrayList（读）、ConcurrentLinkedQueue 减少锁粒度，ConcurrentHashMap分离锁 减少锁持有时间，最小化同步代码块 乐观CAS锁，AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 自旋锁，JVM层面锁优化，-XX:+UseSpinning开启自旋锁
自旋锁使得在线程没有获得锁情况下不被挂起而是转去执行空循环 线程挂起、恢复开销很大 适用于访问共享资源时间较短情况
• •
锁消除，JVM层面锁优化，-server –XX:+DoEscapeAnalysis –XX:+EliminateLocks 开启 偏向锁，JVM层面锁优化，-XX:+UseBiasedLocking
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性能优化模式 – 缓冲4
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性能优化模式 – 缓存
• 本地缓存 • 分布式缓存
Redis、Memcached 避免缓存穿透，比如有大量的null请求穿透Cache，则 考虑为null也作Cache
• 程序的时间局部性原理
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性能优化模式 – 池化
• 如果一个类的实例对象被频繁使用，那么不必每次都生成 新实例，可以将这些类的实例保存在一个池中，可以大大 减轻创建对象和销毁对象开销
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代码调优 – 数据结构2
• HashMap和HashSet
哈希算法是否高效是性能的关键 良好的哈希算法除了函数本身运行性能高效外，还必 须满足尽量均匀地将值分散到哈希地址空间，并且哈 希冲突尽可能少
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代码调优 – 异常开销
• 异常很方便，开销也很大
主要是Throwable的构造函数调用了fillInStackTrace() 方法构建异常栈，如果异常层次一深开销就更大了 避免不必要的异常（如异常被用作正常业务流程控 制） 避免在循环体内使用try-catch 重写fillInStackTrace()方法，提供空实现
数据库连接池 线程池 对象池
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性能优化模式 – 时空互换1
• 时间换空间
内存资源紧张 实例：不使用第三个变量交换两个变量
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性能优化模式 – 时空互换2
• 空间换时间
最常见 常用算法：缓存、Hash、查表法 … 实例：计算一个字符串数组中出现次数最多的字符串
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性能优化模式 – 并行化
• 多进程 • 多线程：
线程池最佳线程数目 =（线程等待时间与线程CPU时间
之比 + 1）* CPU数目
• 实例 ：
从磁盘串行和并行读取 30 张大小为 256K 的缩略图， 磁盘IO速度为 30 MB/s，磁盘每次寻道耗时 10 ms
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性能优化模式 – 协议优化
• 各种序列化协议时间和空间对比
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代码调优 – 字符串 1
• JDK 1.6的substring方法存在内存泄露风险， JDK 1.7已修复
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代码调优 – 字符串2
• 字符串分割：优先使用StringTokenizer而不是String 类的split方法 • 在性能敏感代码中优先使用String类的charAt和 indexOf方法
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代码调优 – 并发编程模式
• • • • • 生产者消费者模式（略） Future模式 Master-Worker模式 不变模式 …
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代码调优 – Future模式
• Future模式的优势：在耗时任务执行的同时可以 去执行其他操作
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代码调优 – Master-Worker模式
• 包含一个Master线程和多个Worker线程，Master线程接收用户请求、协调 Worker线程并整合最终处理结果。多个Worker线程协作处理用户请求。JDK 7 开始提供了fork/join框架。
分代：新生代（Eden、s0、s1）、老年代
• 方法区
又称永久区或持久代，主要存放常量信息和类信息 Hot Spot虚拟机中方法区也会进行GC
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JVM调优 – JVM内存分配参数
• 堆内存：-Xmx、-Xms • 新生代：-Xmn，一般设置为整个堆空间的1/4到1/3
Hot Spot虚拟机中-XX:NewSize、-XX:MaxNewSize