JAVA性能调优

Posted 2021-04-05 BYITTD

前言

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1.程序的性能如何表现

执行速度：程序的反应是否迅速，响应是否足够短

内存分配：内存分配是否合理，是否过多消耗内存，或者存在泄露。

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。

2.性能的参考指标

执行时间、CPU时间、内存分配、磁盘吞吐量、网络吞吐量、响应时间

3.性能瓶颈

磁盘IO、网络操作、CPU、异常、数据库、锁竞争、内存

性能调优的层次

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1.设计调优

设计调优处于所有调优手段的上层，它往往需要在软件开发前进行。在软件开发之初，软件架构师就应该评估系统可能存在的各种潜在的问题，并给出合理的设计方案。设计调优对性能的影响也是最大的。如果说代码优化、JVM调优是对系统微观层面上“量”的优化，那么设计优化就是对系统在宏观层面上“质”的优化。

2.代码调优

3.JVM调优

java程序运行在JVM上的，对JVM优化能在一定程度上提升JAVA程序的性能。例如内存和GC的优化。

4.数据库调优

SQL优化。数据库配置优化。

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优化步骤

1.需要明确性能目标；

2.系统性能测试；

3.定位性能瓶颈；

4.定位代码；

5.分析问题，提供解决方案.

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设计优化

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1.单例模式

1.饿汉式(直接初始化好，不能实现延迟加载); 

2.懒汉式(要加同步代码块); 

3.静态内部类(实现延迟加载)(类加载的时候，内部类没有创建)

2.代理模式

用于实现延迟加载；远程调用的网络代理；安全因素的安全代理；

hibernate框架，使用动态代理模式。CGLIB.jar

spring AOP 动态代理

3.享元模式

提高系统性能为目的的模式之一，避免对象的重复创建，提高数据的重用性，空间换时间的做法。

例子：获取员工信息。先从缓存中查找，没有，去数据库查询，然后放入到缓存。

4.装饰者模式

这是一个设计非常巧妙的结构，它可以动态添加对象的功能。在基本的设计原则中，有一条重要的设计准则：合成/聚合复用原则。根据该原则的思想，代码复用应该尽可能使用委托，而不是使用继承。应为继承是一种紧密的耦合，任何父类的改动都会影响其子类。而委托则是松耦合，只要接口不变，委托类的改动并不会影响其上层对象.装饰者模式就充分运用了这种思想,用过委托机制,复用系统中的各个组件,在运行时,可以将这些功能自检进行叠加,使其拥有所有组件的功能.而各个子功能模块,被很好的维护在各个组件的相关类中,拥有整洁的系统结构.jdk中 I/O流 OutputStream InputStream。通过装饰者增加功能，BufferedOutputStream

5.观察者模式

观察者Observer，被观察者Observable避免轮询监听状态。状态修改时，主动通知常用的优化组件和方法缓冲 buffer缓存对象池数据库连接池并行替换串行负载均衡 Neginx 反向代理时间换空间 (CPU运行节约内存)空间换时间 (缓存)

java代码优化

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1.慎用异常

异常捕获，放在循环外面

2.使用局部变量

调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈(stack)中，速度较快。其他变量，入静态变量、实例变量等，都在堆（heap）中创建，速度较慢。

3.一维数组替换二维数组

4.提取运算表达式

5.静态方法，替换实例方法

常用工具类方法，使用静态方法。因为在java中，由于实例方法需要维护一张类似虚拟函数表的结构，以实现多动态支持。与静态方法相比，实例方法调用需要更多的资源。

jvm调优

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java虚拟机的内存模型：程序计数器；虚拟机栈；本地方法栈；java堆；方法区(永久区)

1.程序计数器

程序计数器（program counter register）是一块很小的内存空间。由于java是支持多线程的语言，当线程数量超过CPU数量时，线程之间根据时间片轮询抢夺CPU资源。为此，每一个线程都必须用一个独立的程序计数器，用来记录下一条要运行的指令。各个线程之间的计数器互补影响，独立工作；是一块私有的内存空间。

2.java虚拟机栈

java虚拟机栈也是线程私有的内存空间，它和java线程在同一时间创建，用来保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。

3.本地方法栈

和java虚拟机栈的功能很相似，java虚拟机栈用于管理java函数的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。本地方法并不是java实现的。在SUN的hot spot 虚拟机中，不区分本地方法栈和虚拟机栈。

4.java堆 heap

java堆是java运行时内存中最为重要的部分，几乎所有的对象和数组都是在堆中分配的。java堆分为新生代和老年代，新生代用于存放刚刚产生的对象和年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存的足够长，老年对象就会被移入老年代。新生对象有可进一步细分为eden / survivor space0 / survivor space1。Eden意思是伊甸园，即对象的出身地，大部分对象刚刚建立时，通常会存放在这里。s0和s1为survivor空间，直译为幸存者，也就是说存放其中的对象至少经历了一次垃圾回收，并得以幸存。如果在幸存区的对象到了指定年龄扔未被回收，则有机会进入老年代（tenured）

5.方法区

方法区也是jvm内存区非常重要的一块内存区域，与堆空间类似，它也是被jvm中所有线程共享的。方法区主要保存的信息是类的元数据。方法区中最为重要的是类的类型信息、常量池、域信息、方法信息。类型信息包括类的完整名称、父类的完整名称、类型修饰符和

类型的直接接口类表；常量池包括这个类方法、域等信息所引用的常量信息；域信息包括域名称、域类型和域修饰符；方法信息包括方法名称、返回类型、方法参数、方法修饰符、方法字节码、操作数栈和方法帧栈的局部变量区大小以及异常表。总之方法区保存的信息，大部分来自于class文件，是java应用程序运行必不可少的重要数据。在hot spot 中 方法去也称为永久区，是一块独立于java堆的内存空间。虽然叫做永久区，但是在永久区中的对象，同样也是可以被GC回收的。一是GC对永久常量池的回收(常量池的常量没有被应用，String.intern()方法加入常量池)；二是永久区对类元数据的回收(动态代理创建对象)。

参数设置

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-Xms128M  设置最小堆内存

jvm会试图将系统内存尽可能的限制在-Xms中。当内存实际使用量触及-Xms时，会出发Full GC。将-Xms和-Xmx设置相同，可减少GC次数。

-Xmx256M  设置最大堆内存

-Xmn256M  设置新生代

设置为整理堆空间的1/4到 1/3左右。设置一个较大的新生代会减小老年代的大小，这样系统性能和GC很大影响。

设置-Xmn等同于设置了相同的-XX:NewSize=256M和-XX:MaxNewSize=256M

-XX:PermSize=128M

初始持久代大小

-XX:MaxPermSize=128M

持久代最大值

持久代的大小直接觉得了系统可以支持多少了类定义和多少常量。一般设置为64M,建议不超过128M

-Xss1M  线程栈（表示每个线程拥有1MB的栈空间）

设置过大，则系统所能运行的线程数会下降

-XX:SurvivorRatio=2

设置新生代比例关系

-XX:SurvivorRatio=eden/s0=eden/s1

-XX:NewRatio=2

设置老年代和新生代的比例

-XX:NewRatio=老年代/新生代

总结

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JVM调优的主要过程有：确定堆内存大小（-Xms、-Xmx）；合理分配新生代和老年代（-XX:NewRatio、-Xmn、-XX:SurvivorRatatio）；确定永久区大小（-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize）、选择垃圾收集器、对垃圾收集器合理设置。禁用显示GC（-XX:+DisableExplicitGC），禁用类元数据回收（-Xnoclassgc），禁用类验证（-Xverify:none）等设置，来提升系统性能。

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