程序员必须练就的「性能调优」组合拳【3】

本系列前序文章索引：

• 程序员必须掌握的性能调优：老兵哥结合我的经历解释了程序员往架构师方向发展时为何要跨越性能调优这一关，以及介绍了从 X、Y、Z 三个维度优化性能的思路。
• 从 X 维度优化系统的性能：老兵哥分享了从 X 维度优化系统性能的思路，包括让客户端分计算存储任务、优化交互设计等，主要是做为引子拓宽咱们性能调优的思路。
• 应用容器 Tomcat 性能调优：Y 维度就是从业务 HTTP 请求的横向处理流程来看，HTTP 请求会穿越网络、计算机、应用容器（Tomcat）、Spring、ORM（Hibernate）、数据库等节点，在这个流程中每一个节点都有许多能够可优化的地方，此文主要介绍经过优化应用容器（Tomcat）来优化系统性能的方法。

程序员在转型架构师的过程当中须要创建流程化、结构化、系统化的思惟方式，而性能调优是很是可贵的契机，它既给了咱们压力，也给了咱们动力，跨越它就是突破本身的过程。建议在阅读本文内容前，先参考下面这个系列的文章了解 Web 应用是怎样处理 HTTP 请求的：

• 图解 Spring：HTTP 请求的处理流程与机制【1】
• 图解 Spring：HTTP 请求的处理流程与机制【2】
• 图解 Spring：HTTP 请求的处理流程与机制【3】
• 图解 Spring：HTTP 请求的处理流程与机制【4】

今天老兵哥将介绍经过优化开发框架 Spring 来优化系统性能的方法。

3. 开发框架 Spring

3.1 事务管理

事务（Transaction），是并发控制的基本单位，是用户定义的一个操做序列。这些操做要么都作，要么都不作，是一个不可分割的工做单位。经过使用事务控制，咱们能够极大地避免逻辑处理失败致使的脏数据等问题。事务具备 4 个属性：原子性、一致性、隔离性、持久性等，这四个属性一般称为 ACID 特性。

• 原子性（Atomicity），一个事务是一个不可分割的工做单位，事务包含的操做要么都作、要么都不作。
• 一致性（Consistency），事务必须让数据库从一个一致性状态变到另外一个一致性状态，不能出现不一致。
• 隔离性（Isolation），一个事务的执行不能被其余事务干扰，即一个事务内部的操做及使用的数据对并发的其余事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
• 持久性（Durability），持久性也称永久性，指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变是永久性的，接下来的其余操做或故障不该该对其有任何影响。

Spring 事务管理是经过 XML 文件或注解 @Transactional 配置的，其背后是静态代理或动态代理等技术。在代理模式下，那些从代理传递传过来的“外部”方法调用会被拦截，但“自我调用”是不会触发事务的。例如，在目标对象中调用自身其余方法的方法是不会触发事务的，即便被调用的方法标记为 @Transactional。

一般，咱们不多关注 Spring 事务管理相关的属性，但这些属性的取值会影响系统的性能。Spring 事务管理最重要的两个特性是：传播级别、隔离级别。传播级别，定义了事务的控制范围；隔离级别，定义了事务在数据库读写方面的控制范围。咱们知道，事务的控制范围越大，系统的并发性就会越差，性能也就随之下降。事务的隔离级别越高，系统的并发性也会越差，性能也会随之降低。若是不了解这些属性的取值规则，咱们就不能选择最合适的取值，不知不觉中就会浪费许多系统资源，接下来咱们一块儿来看看这些属性。

属性	类型	描述
propagation	枚举型：Propagation	传播级别，可选，默认值：PROPAGATION_REQUIRED
isolation	枚举型：Isolation	隔离级别，可选，默认值：ISOLATION_DEFAULT
readOnly	布尔型	读写型事务、只读型事务
timeout	INT 型，以秒为单位	事务超时阈值
rollbackFor	一组 Class 类，必须是 Throwable 的子类	一组异常类，遇到时必须回滚。默认状况下 Checked Exceptions 不进行回滚，仅 Unchecked Exceptions（即 RuntimeException 的子类）才进行事务回滚。
rollbackForClassname	一组 Class 类的名字，必须是 Throwable 的子类	一组异常类名，遇到时必须回滚
noRollbackFor	一组 Class 类，必须是 Throwable 的子类	一组异常类，遇到时不须要回滚

Spring 事务管理的传播级别 Propagation 取值有如下几种：

传播级别	说明	备注
PROPAGATION_REQUIRED	若是上下文中已经存在事务，那么就加入到事务中执行；若是上下文中不存在事务，则新建事务执行。	这个级别一般能知足处理大多数的业务场景。
PROPAGATION_SUPPORTS	若是上下文中已经存在事务，则支持加入到事务中执行；若是上下文中不存在事务，则使用非事务的方式执行。	这个一般是用来处理那些并不是原子性的非核心业务逻辑操做，应用场景较少。
PROPAGATION_MANDATORY	该级别的事务要求上下文中必需要存在事务，不然就会抛出异常。这是避免上下文调用代码遗漏添加事务控制的保证手段。	例如某段代码不能被单独调用执行，可是一旦被调用就必需要有事务包含，这种状况下就可使用这个传播级别。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW	每次都会新建一个事务，而且同时将上下文中的事务挂起，执行当前新建事务完成之后，上下文事务恢复再执行。	问题1：若是某个子事务发生回滚，父事务是否回滚？答案是不会，由于子事务是新建事务，父事务已经被挂起，二者不会受到影响。问题2：若是父事务发生回滚，子事务是否回滚？答案是不会，一样的理由。可是能够手动控制，一旦子事务回滚，父事务也回滚。
PROPAGATION_NOT_SUPPORTED	若是上下文中已经存在事务，则挂起事务，执行当前逻辑，结束后恢复上下文的事务。	这个级别能够帮助你尽量地缩小事务范围。一个事务范围越大，它存在的风险也就越多，例如某段代码是循环 1000 次的非核心业务逻辑操做，此类代码若是包在事务中，势必致使事务太大，很容易出现些难以考虑周全的异常状况，此时这个级别就派上用场了。
PROPAGATION_NEVER	该级别要求上下文中不能存在事务，一旦有事务，就抛出runtime异常，强制中止执行。	无

传播级别 PROPAGATION_REQUIRED 会为每个被应用到的方法建立一个逻辑事务做用域。每个逻辑事务做用域均可以自主地决定回滚条件，当这样的逻辑事务做用域被外部逻辑事务做用域所包含时，它们在逻辑上是独立的，但在实现层面它们会被映射到相同的物理事务上。

传播级别 PROPAGATION_REQUIRES_NEW 为每个相关的事务做用域使用了一个彻底独立的事务。在这种状况下，物理事务也将是不一样的。所以，外部事务能够不受内部事务回滚状态的影响独立提交或者回滚。

Spring 事务管理的隔离级别 Isolation 取值有如下几种：

隔离级别	说明
Serializable	最严格的级别，事务串行执行，资源消耗最大。
Repeatable Read	保证了一个事务不会修改已经由另外一个事务读取但未提交（或回滚）的数据，避免了“脏读取”和“不可重复读取”的状况，但会带来了更多的性能损耗。
Read Committed	大多数主流数据库的默认事务等级，保证了一个事务不会读到另外一个并行事务已修改但未提交的数据，避免了“脏读取”，该级别适用于大多数系统。
Read Uncommitted	保证了读取过程当中不会读取到非法数据。

上述说明中涉及的几个专业术语：

• 脏读（Dirty Reads）：就是读到了别的事务回滚前的脏数据。例如，事务 B 执行过程当中修改了数据 X，在未提交前，事务 A 读取了 X，而事务 B 却回滚了，这样事务 A 就造成了脏读。
• 不可重复读（Non-Repeatable Reads）：不可重复读字面含义已经很明确了。例如，事务 A 首先读取了一条数据，而后执行逻辑的时候，事务 B 将这条数据改变了，而后事务 A 再次读取的时候，发现数据不匹配了，这就是所谓的不可重复读。
• 幻读（Phantom Reads）：咱们小时候数鸭子，第一次数是 10 个，第二次数是 11 个，怎么回事，产生幻觉了？幻读也是这样子，事务 A 先根据条件索引到 10 条数据，而后事务 B 改变了数据库一条数据，致使也符合事务 A 的搜索条件，这样事务 A 再次搜索发现有 11 条数据了，这就产生了幻读。

隔离级别与反作用	脏读	不可重复读	幻读
Serializable	不会	不会	不会
Repeatable Read	不会	不会	会
Read Committed	不会	会	会
Read Uncommitted	会	会	会

从上面这张映射表中，咱们知道最安全的是 Serializable，可是伴随而来的是高昂的性能开销。各类传播级别、隔离级别自己没有好坏，关键是根据业务需求选择最合适的取值，避免无效的性能损耗。另外，Spring 事务管理还有两个经常使用属性，它们的取值也会影响性能：

• Readonly：只读型事务要比读写型事务的性能更好，设置事务为只读以提高性能。
• Timeout：设置事务的超时时间，通常用于防止大事务的发生，事务要尽量的小。

3.2 二级缓存

缓存做为提升应用系统性能的一种有效途径，在事务管理配置不当的状况下，将很难发挥应有的效用。所以，在作缓存处理或者其余处理，要考虑事务管理对性能的影响。

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