第1章Java性能调优概述.doc

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1、第1章Java性能调优概述本章对性能优化技术进行整体性的介绍，让读者了解性能的概念和性能优化的基本思路与方法。掌握这些内容，有助于读者对性能问题进行系统性的分析。本章涉及的主要知识点有：q评价性能的主要指标；q木桶原理的概念及其在性能优化中的应用；qAmdahl定律的含义；q性能调优的层次；q系统优化的一般步骤和注意事项。1.1性能概述为什么程序总是那么慢？它现在到底在干什么？时间都花到哪里去了？也许，你经常会抱怨这些问题。如果是这样，那说明你的程序出了性能问题。和功能性问题相比，性能问题在有些情况下，可能并不算什么太大的问

2、题，将就将就，也就过去了。但是，严重的性能问题会导致程序瘫痪、假死，直至奔溃。本节就先来认识性能的各种表现和指标。1.1.1看懂程序的性能对客户端程序而言，拙劣的性能会严重影响用户体验。界面停顿、抖动、响应迟钝等问题会遭到用户不停的抱怨。一个典型的例子就是EclipseIDE工具在FullGC时会出现程序假死现象，相信一定被不少开发人员所诟病。对于服务器程序来说，性能问题则更为重要，相信不少后台服务器软件都有各自的性能目标。以Web服务器为例，服务器的响应时间、吞吐量就是两个重要的性能参数。当服务器承受巨大的访问压力时，可能

3、出现响应时间变长、吞吐量下降，甚至是抛出内存溢出异常而崩溃。这些问题，都是性能调优需要解决的。一般来说，程序的性能通过以下几个方面来表现：q执行速度：程序的反映是否迅速，响应时间是否足够短。q内存分配：内存分配是否合理，是否过多地消耗内存或者存在泄漏。q启动时间：程序从运行到可以正常处理业务需要花费多长时间。q负载承受能力：当系统压力上升时，系统的执行速度、响应时间的上升曲线是否平缓。1.1.2性能的参考指标为了能够科学地进行性能分析，对性能指标进行定量评测是非常重要的。目前，一些可以用于定量评测的性能指标有：q执行时间：一

4、段代码从开始运行到运行结束，所使用的时间。qCPU时间：函数或者线程占用CPU的时间。q内存分配：程序在运行时占用的内存空间。q磁盘吞吐量：描述I/O的使用情况。q网络吞吐量：描述网络的使用情况。q响应时间：系统对某用户行为或者事件做出响应的时间。响应时间越短，性能越好。1.1.3木桶原理与性能瓶颈木桶原理又称“短板理论”，其核心思想是：一只木桶盛水的多少，并不取决于桶壁上最高的那块木块，而是取决于桶壁上最短的那块，如图1.1所示。图1.1木桶原理示意图将这个理论应用到系统性能优化上，可以这么理解，即使系统拥有充足的内存资源

5、和CPU资源，但是如果磁盘I/O性能低下，那么系统的总体性能是取决于当前最慢的磁盘I/O速度，而不是当前最优越的CPU或者内存。在这种情况下，如果需要进一步提升系统性能，优化内存或者CPU资源是毫无用处的。只有提高磁盘I/O性能才能对系统的整体性能进行优化。而此时，磁盘I/O就是系统的性能瓶颈。%注意：根据木桶原理，系统的最终性能取决于系统中性能表现最差的组件。因此，为了提升系统整体性能，必须对系统中表现最差的组件进行优化，而不是对系统中表现良好的组件进行优化。根据应用的特点不同，任何计算机资源都有可能成为系统瓶颈。其中，最

6、有可能成为系统瓶颈的计算资源如下。q磁盘I/O：由于磁盘I/O读写的速度要比内存慢很多，程序在运行过程中，如果需要等待磁盘I/O完成，那么低效的I/O操作会拖累整个系统。q网络操作：对网络数据进行读写的情况与磁盘I/O类似。由于网络环境的不确定性，尤其是对互联网上数据的读写，网络操作的速度可能比本地磁盘I/O更慢。因此，如不加特殊处理，也极可能成为系统瓶颈。qCPU：对计算资源要求较高的应用，由于其长时间、不间断地大量占用CPU资源，那么对CPU的争夺将导致性能问题。如科学计算、3D渲染等对CPU需求旺盛的应用。q异常：对J

7、ava应用来说，异常的捕获和处理是非常消耗资源的。如果程序高频率地进行异常处理，则整体性能便会有明显下降。q数据库：大部分应用程序都离不开数据库，而海量数据的读写操作可能是相当费时的。而应用程序可能需要等待数据库操作完成或者返回请求的结果集，那么缓慢的同步操作将成为系统瓶颈。q锁竞争：对高并发程序来说，如果存在激烈的锁竞争，无疑是对性能极大的打击。锁竞争将会明显增加线程上下文切换的开销。而且，这些开销都是与应用需求无关的系统开销，白白占用宝贵的CPU资源，却不带来任何好处。q内存：一般来说，只要应用程序设计合理，内存在读写速

8、度上不太可能成为性能瓶颈。除非应用程序进行了高频率的内存交换和扫描，但这些情况比较少见。使内存制约系统性能的最可能的情况是内存大小不足。与磁盘相比，内存的大小似乎小的可怜，这意味着应用软件只能尽可能将常用的核心数据读入内存，这在一定程度上降低了系统性能。1.1.4Amdahl定律Amdah