怎么制定Java性能調優標準

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為什么要做性能調優？

一款線上產品如果沒有經過性能測試，那它就好比是一顆定時 什么時候開始介入調優？

解決了為什么要做性能優化的問題，那么新的問題就來了：如果需要對系統做一次全面的性能監測和優化，我們從什么時候開始介入性能調優呢？是不是越早介入越好？

其實，在項目開發的初期，我們沒有必要過于在意性能優化，這樣反而會讓我們疲于性能優化，不僅不會給系統性能帶來提升，還會影響到開發進度，甚至獲得相反的效果，給系統帶來新的問題。

我們只需要在代碼層面保證有效的編碼，比如，減少磁盤 I/O 操作、降低競爭鎖的使用以及使用高效的算法等等。遇到比較復雜的業務，我們可以充分利用設計模式來優化業務代碼。例如，設計商品價格的時候，往往會有很多折扣活動、紅包活動，我們可以用裝飾模式去設計這個業務。

在系統編碼完成之后，我們就可以對系統進行性能測試了。這時候，產品經理一般會提供線上預期數據，我們在提供的參考平臺上進行壓測，通過性能分析、統計工具來統計各項性能指標，看是否在預期范圍之內。

在項目成功上線后，我們還需要根據線上的實際情況，依照日志監控以及性能統計日志，來觀測系統性能問題，一旦發現問題，就要對日志進行分析并及時修復問題。

有哪些參考因素可以體現系統的性能？

上面我們講到了在項目研發的各個階段性能調優是如何介入的，其中多次講到了性能指標，那么性能指標到底有哪些呢？

在我們了解性能指標之前，我們先來了解下哪些計算機資源會成為系統的性能瓶頸。

CPU：有的應用需要大量計算，他們會長時間、不間斷地占用 CPU 資源，導致其他資源無法爭奪到 CPU 而響應緩慢，從而帶來系統性能問題。例如，代碼遞歸導致的無限循環，正則表達式引起的回溯，JVM 頻繁的 FULL GC，以及多線程編程造成的大量上下文切換等，這些都有可能導致 CPU 資源繁忙。

內存：Java 程序一般通過 JVM 對內存進行分配管理，主要是用 JVM 中的堆內存來存儲 Java 創建的對象。系統堆內存的讀寫速度非常快，所以基本不存在讀寫性能瓶頸。但是由于內存成本要比磁盤高，相比磁盤，內存的存儲空間又非常有限。所以當內存空間被占滿，對象無法回收時，就會導致內存溢出、內存泄露等問題。

磁盤 I/O：磁盤相比內存來說，存儲空間要大很多，但磁盤 I/O 讀寫的速度要比內存慢，雖然目前引入的 SSD 固態硬盤已經有所優化，但仍然無法與內存的讀寫速度相提并論。網絡：網絡對于系統性能來說，也起著至關重要的作用。如果你購買過云服務，一定經歷過，選擇網絡帶寬大小這一環節。帶寬過低的話，對于傳輸數據比較大，或者是并發量比較大的系統，網絡就很容易成為性能瓶頸。

異常：Java 應用中，拋出異常需要構建異常棧，對異常進行捕獲和處理，這個過程非常消耗系統性能。如果在高并發的情況下引發異常，持續地進行異常處理，那么系統的性能就會明顯地受到影響。

數據庫：大部分系統都會用到數據庫，而數據庫的操作往往是涉及到磁盤 I/O 的讀寫。大量的數據庫讀寫操作，會導致磁盤 I/O 性能瓶頸，進而導致數據庫操作的延遲性。對于有大量數據庫讀寫操作的系統來說，數據庫的性能優化是整個系統的核心。

鎖競爭：在并發編程中，我們經常會需要多個線程，共享讀寫操作同一個資源，這個時候為了保持數據的原子性（即保證這個共享資源在一個線程寫的時候，不被另一個線程修改），我們就會用到鎖。鎖的使用可能會帶來上下文切換，從而給系統帶來性能開銷。JDK1.6 之后，Java 為了降低鎖競爭帶來的上下文切換，對 JVM 內部鎖已經做了多次優化，例如，新增了偏向鎖、自旋鎖、輕量級鎖、鎖粗化、鎖消除等。而如何合理地使用鎖資源，優化鎖資源，就需要你了解更多的操作系統知識、Java 多線程編程基礎，積累項目經驗，并結合實際場景去處理相關問題。

了解了上面這些基本內容，我們可以得到下面幾個指標，來衡量一般系統的性能。

1、響應時間

響應時間是衡量系統性能的重要指標之一，響應時間越短，性能越好，一般一個接口的響應時間是在毫秒級。在系統中，我們可以把響應時間自下而上細分為以下幾種：

數據庫響應時間：數據庫操作所消耗的時間，往往是整個請求鏈中最耗時的；

服務端響應時間：服務端包括 Nginx 分發的請求所消耗的時間以及服務端程序執行所消耗的時間；

網絡響應時間：這是網絡傳輸時，網絡硬件需要對傳輸的請求進行解析等操作所消耗的時間；

客戶端響應時間：對于普通的 Web、App 客戶端來說，消耗時間是可以忽略不計的，但如果你的客戶端嵌入了大量的邏輯處理，消耗的時間就有可能變長，從而成為系統的瓶頸。

2、吞吐量

在測試中，我們往往會比較注重系統接口的 TPS（每秒事務處理量），因為 TPS 體現了接口的性能，TPS 越大，性能越好。在系統中，我們也可以把吞吐量自下而上地分為兩種：磁盤吞吐量和網絡吞吐量。我們先來看磁盤吞吐量，磁盤性能有兩個關鍵衡量指標。

接下來看網絡吞吐量，這個是指網絡傳輸時沒有幀丟失的情況下，設備能夠接受的最大數據速率。網絡吞吐量不僅僅跟帶寬有關系，還跟 CPU 的處理能力、網卡、防火墻、外部接口以及 I/O 等等緊密關聯。而吞吐量的大小主要由網卡的處理能力、內部程序算法以及帶寬大小決定。

3、計算機資源分配使用率

通常由 CPU 占用率、內存使用率、磁盤 I/O、網絡 I/O 來表示資源使用率。這幾個參數好比一個木桶，如果其中任何一塊木板出現短板，任何一項分配不合理，對整個系統性能的影響都是毀滅性的。

4、負載承受能力

當系統壓力上升時，你可以觀察，系統響應時間的上升曲線是否平緩。這項指標能直觀地反饋給你，系統所能承受的負載壓力極限。例如，當你對系統進行壓測時，系統的響應時間會隨著系統并發數的增加而延長，直到系統無法處理這么多請求，拋出大量錯誤時，就到了極限。

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