11_性能问题

性能问题

一、性能优化

1.1 目的

• 提高程序的整体运行性能

1.2 原则

• 始终把安全性放在第一
• 程序正确后，再想办法提高运行速度

1.3 指标

• 吞吐率优化：更有效地利用现有资源，用同样的资源做更多的事
• 可伸缩性优化：当增加新资源时，新资源可以得到利用，程序的性能可以提升

1.4 权衡因素

• 进行性能优化时，一定要有明确的性能需求，清楚了解什么时候优化，什么时候不优化
• 必须以测试为基准，验证性能的优化程度，不要靠猜测
• 做出性能优化决策时，必须考虑以下问题：
  • 做了什么优化？优化了什么地方？
  • 在什么样的场景下优化了？其他场景是否使用？
  • 优化的场景发生概率如何？
  • 这种优化会带来哪些问题？需要付出什么代价？例如增加开发风险或维护开销？
• 避免不成熟的优化，一定要预估优化风险，以及验证优化结果

二、线程开销

2.1 上下文切换

• 线程调度，会引起上下文切换
• 上下文切换，会涉及到应用程序、JVM、操作系统等多方面的切换开销
• 在 JVM、操作系统上消耗的时间越多，应用程序可用时间越少
• 上下文切换的开销与平台有关，在大多数处理器中，上下文切换开销相当于 5000 ~ 10000 个时钟周期
• 线程数量越多（竞争）、IO阻塞越多（挂起），上下文切换越频繁

2.2 内存同步

• 同步实现会使用到特殊的硬件指令，比如内存栅栏，它有刷新缓存使得缓存无效、停止执行管道、禁止指令重排序等功能
• 同步需要锁定共享内存总线，而所有处理器都共享这条总线，所以同步期间会影响其他线程的性能

2.3 阻塞

• 阻塞会导致线程挂起，从而产生上下文切换
• 阻塞挂起至少会引起2次上下文切换，一次是挂起，一次是恢复

三、并发锁优化

有3种方式可以降低锁的竞争程度：

• 减少锁的持有时间
• 降低锁的请求频率
• 使用带有协调机制的独占锁，这些机制允许更高的并发性

3.1 减少锁持有时间

• 缩小同步代码块范围
• 拆分过大的同步代码块成小的同步代码块
• 同步代码块不宜过小，需保证安全性、原子性
• 同步代码块不易过多，避免频繁加锁解锁

3.2 降低锁粒度

• 减少锁的请求频率，即请求锁数量少了，就能减少发生竞争的可能性

3.2.1 锁分解

• 对象中存在多个相互独立的状态
• 对象存在适中而不激烈的锁竞争
• 根据相互独立的状态，使用不同的锁

3.2.2 锁分段

• 锁分解的进一步扩展
• 对象存在激烈的锁竞争
• 根据不同的数据范围，使用不同的锁

3.2.3 避免热点域

• 被多个锁共享的状态变量
• 多个操作都涉及到的状态变量
• 需要多个锁才能访问的状态变量
• 避免热点域，因为它往往需要加多个锁，或者加全局锁才能操作

3.3 避免独占锁

• 并发容器
• 读写锁分离
• 不可变对象
• 原子变量