Java Trouble Shooting - 关于性能瓶颈

ideaa 发布于2019-08-16 10:30 / 3290人阅读

摘要：这个写法常常成为系统的瓶颈，如果这个地方恰好是一个性能瓶颈，修改成之后，性能会有大幅的提升。

性能优化的理念

粗略地划分，代码可分为 cpu consuming 和 io consuming 两种类型，即耗 CPU 的和耗 IO 的代码。如果当前CPU已经能够接近100%的利用率，并且代码业务逻辑无法再简化，那么说明该系统的已经达到了性能最大化，如果再想提高性能，只能增加处理器(增加更多的机器或者安装更多的CPU)。
而耗 IO 的代码，一般体现为请求某种资源，这可以是访问数据库，或者访问网络对端。

评价程序写得好不好，要看随着访问压力的上升，CPU 使用率的变化，好的代码，随着访问压力的上升，CPU 的使用率最终能趋近100%，而坏的代码，使用率始终无法趋近 100%，有可能在 70% 就已经上不去了。好的代码应该在代码本身效率足够高的情况下，通过使用并发等手段，让 CPU 的尽量地忙起来。随着访问压力的上升，CPU 使用率也上升，并且 CPU 所跑的代码都是已经无法再进行逻辑优化或者效率提升的代码，这是最理想的状态。

常见性能瓶颈 多余的同步

不相关的两个函数，共用了一个锁,或者不同的共享变量共用了同一个锁，无谓地制造出了资源争用，如下代码所示：

class MyClass {
  Object sharedObj;
  synchronized void fun1() {...} //访问共享变量sharedObj
  synchronized void fun2() {...} //访问共享变量sharedObj
  synchronized void fun3() {...} //不访问共享变量sharedObj
  synchronized void fun4() {...} //不访问共享变量sharedObj
  synchronized void fun5() {...} //不访问共享变量sharedObj
}

上面的代码将sychronized加在类的每一个方法上面，违背了保护什么锁什么的原则。对于无共享资源的两个方法，使用了同一个锁，人为造成了不必要的锁等待。上述的代码可作如下修改：

class MyClass {
  Object sharedObj;
  synchronized void fun1() {...} //访问共享变量sharedObj
  synchronized void fun2() {...} //访问共享变量sharedObj
  void fun3() {...} //不访问共享变量sharedObj
  void fun4() {...} //不访问共享变量sharedObj
  void fun5() {...} //不访问共享变量sharedObj
}

锁粒度过大

对共享资源访问完成后，没有将后续的代码放在synchronized同步代码块之外。这样会导致当前线程长时间无谓的占有该锁，其它争用该锁的线程只能等待，最终导致性能受到极大影响。如下代码所示：

void fun1() {
    synchronized(lock){
    ... ... //正在访问共享资源
    ... ... //做其它耗时操作,但这些耗时操作与共享资源无关
  }
}

上面的代码，会导致一个线程过长地占有锁，而在这么长的时间里其它线程只能等待。应将上述代码作如下修改，在多 CPU 的环境中，可获得性能的提升：

void fun1() {
  synchronized(lock) {
    ... ... //正在访问共享资源
  }
  ... ... //其它耗时操作代码拿到synchronized代码外面
}

字符串连接的滥用

String c = new String("abc") + new String("efg") + new String("12345");

每一次+操作都会产生一个临时对象，并伴随着数据拷贝，这个对性能是一个极大的消耗。这个写法常常成为系统的瓶颈，如果这个地方恰好是一个性能瓶颈，修改成StringBuffer之后，性能会有大幅的提升。

不恰当的线程模型

在多线程场合下，如果线程模型不恰当，也会使性能低下，在网络IO的场合，使用消息发送队列和消息接收队列来进行异步IO，性能会有显著的提升。

不恰当的 GC 参数

不恰当的GC参数设置会导致严重的性能问题，比如堆内存设置过小导致大量的 CPU 时间片被用来做垃圾回收

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