Java 应用性能调优实践

Java 应用性能优化是一个老生常谈的话题，典型的性能问题如页面响应慢、接口超时，服务器负载高、并发数低，数据库频繁死锁等。尤为是在“糙快猛”的互联网开发模式大行其道的今天，随着系统访问量的日益增长和代码的臃肿，各类性能问题开始纷至沓来。

Java 应用性能的瓶颈点很是多，好比磁盘、内存、网络 I/O 等系统因素，Java 应用代码，JVM GC，数据库，缓存等。

笔者根据我的经验，将 Java 性能优化分为 4 个层级：应用层、数据库层、框架层、JVM 层，如图 1 所示。

       图 1.Java 性能优化分层模型

每层优化难度逐级增长，涉及的知识和解决的问题也会不一样。

好比应用层须要理解代码逻辑，经过 Java 线程栈定位有问题代码行等；

数据库层面须要分析 SQL、定位死锁等；

框架层须要懂源代码，理解框架机制；

JVM 层须要对 GC 的类型和工做机制有深刻了解，对各类 JVM 参数做用了然于胸。

围绕 Java 性能优化，有两种最基本的分析方法：现场分析法和过后分析法。

现场分析法经过保留现场，再采用诊断工具分析定位。现场分析对线上影响较大，部分场景（特别是涉及到用户关键的在线业务时）不太合适。

过后分析法须要尽量多收集现场数据，而后当即恢复服务，同时针对收集的现场数据进行过后分析和复现。下面咱们从性能诊断工具出发，分享搜狗商业平台在其中的一些案例与实践。

性能诊断工具

性能诊断一种是针对已经肯定有性能问题的系统和代码进行诊断，还有一种是对预上线系统提早性能测试，肯定性能是否符合上线要求。本文主要针对前者，后者能够用各类性能压测工具（例如 JMeter）进行测试，不在本文讨论范围内。

针对 Java 应用，性能诊断工具主要分为两层：OS 层面和 Java 应用层面（包括应用代码诊断和 GC 诊断）。

OS 诊断

OS 的诊断主要关注的是 CPU、Memory、I/O 三个方面。

CPU 诊断

对于 CPU 主要关注平均负载（Load Average），CPU 使用率，上下文切换次数（Context Switch）。

经过 top 命令能够查看系统平均负载和 CPU 使用率，图 2 为经过 top 命令查看某系统的状态。

图 2.top 命令示例

平均负载有三个数字：63.66，58.39，57.18，分别表示过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟机器的负载。按照经验，若数值小于 0.7*CPU 个数，则系统工做正常；若超过这个值，甚至达到 CPU 核数的四五倍，则系统的负载就明显偏高。图 2 中 15 分钟负载已经高达 57.18，1 分钟负载是 63.66（系统为 16 核），说明系统出现负载问题，且存在进一步升高趋势，须要定位具体缘由了。

经过 vmstat 命令能够查看 CPU 的上下文切换次数，如图 3 所示：

图 3.vmstat 命令示例

 

上下文切换次数发生的场景主要有以下几种：

1）时间片用完，CPU 正常调度下一个任务；

2）被其它优先级更高的任务抢占；

3）执行任务碰到 I/O 阻塞，挂起当前任务，切换到下一个任务；

4）用户代码主动挂起当前任务让出 CPU；

5）多任务抢占资源，因为没有抢到被挂起；

6）硬件中断。

Java 线程上下文切换主要来自共享资源的竞争。通常单个对象加锁不多成为系统瓶颈，除非锁粒度过大。但在一个访问频度高，对多个对象连续加锁的代码块中就可能出现大量上下文切换，成为系统瓶颈。好比在咱们系统中就曾出现 log4j 1.x 在较大并发下大量打印日志，出现频繁上下文切换，大量线程阻塞，致使系统吞吐量大降的状况，其相关代码如清单 1 所示，升级到 log4j 2.x 才解决这个问题。

清单 1. log4j 1.x 同步代码片断

1 for(Category c = this; c != null; c=c.parent) {
2  // Protected against simultaneous call to addAppender, removeAppender,…
3  synchronized(c) {
4  if (c.aai != null) {
5  write += c.aai.appendLoopAppenders(event);
6  }
7  …
8  }
9 }

Memory

从操做系统角度，内存关注应用进程是否足够，可使用 free –m 命令查看内存的使用状况。经过 top 命令能够查看进程使用的虚拟内存 VIRT 和物理内存 RES，根据公式 VIRT = SWAP + RES 能够推算出具体应用使用的交换分区（Swap）状况，使用交换分区过大会影响 Java 应用性能，能够将 swappiness 值调到尽量小。由于对于 Java 应用来讲，占用太多交换分区可能会影响性能，毕竟磁盘性能比内存慢太多。

I/O

I/O 包括磁盘 I/O 和网络 I/O，通常状况下磁盘更容易出现 I/O 瓶颈。经过 iostat 能够查看磁盘的读写状况，经过 CPU 的 I/O wait 能够看出磁盘 I/O 是否正常。若是磁盘 I/O 一直处于很高的状态，说明磁盘太慢或故障，成为了性能瓶颈，须要进行应用优化或者磁盘更换。

除了经常使用的 top、 ps、vmstat、iostat 等命令，还有其余 Linux 工具能够诊断系统问题，如 mpstat、tcpdump、netstat、pidstat、sar 等。Brendan 总结列出了 Linux 不一样设备类型的性能诊断工具，如图 4 所示，可供参考。

图 4.Linux 性能观测工具

 

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 转载：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-performance-tuning-practice/index.html