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怎样才能做好性能调优?
先给你讲个故事吧。多年前我加入了一家大型互联网公司,刚进入就以 996 标准,参与
新品研发。公司业务发展急需互联网产品,因此我们的时间很紧张,4 个月新产品就上线
了。
开始还算顺利,但不久后的一天晚上,系统突然就瘫痪了,重启之后,问题仍然无规律地
重现。当时运维同事马上写了一个重启脚本,定时排队重启各个服务,但也只能做到“治
标不治本”。
作为主力开发,我和公司的系统架构师一起排查问题。架构师轻车熟路地通过各种 Linux
命令在线上环境查看性能指标,也 dump 出日志文件,走查代码,最后定位到了问题,后
面就是分析原因、制定解决方案、更新版本等一系列操作。那是我第一次深刻感受到性能
调优的重要性。
后来的几年里,我又陆续参与过物流、电商、游戏支付系统的研发,这些项目都存在一个
共性,就是经常会运营一些大促以及抢购类活动。活动期间,系统不仅要保证处理请求业
务的严谨性,还要历经短时间内高并发的考验。我也一直处于性能调优的一线。
正所谓“实践出真知“。这些年在生产环境中遇到的事故不少,很多坑一点点踩平,就走
出了一条路,这个过程中我收获了很多实打实的经验,希望能分享给更多的人,我们一起
学习、交流和探讨。
关于性能调优,我先来说说的我的感受。Java 性能调优不像是学一门编程语言,无法通
过直线式的思维来掌握和应用,它对于工程师的技术广度和深度都有着较高的要求。
互联网时代,一个简单的系统就囊括了应用程序、数据库、容器、操作系统、网络等技术,
线上一旦出现性能问题,就可能要你协调多方面组件去进行优化,这就是技术广度;而很
多性能问题呢,又隐藏得很深,可能因为一个小小的代码,也可能因为线程池的类型选择
错误…可归根结底考验的还是我们对这项技术的了解程度,这就是技术深度。
显然,性能调优不是一件容易的事。但有没有什么方法能把这件事情做好呢?接下来跟你
分享几点我的心得。
1. 扎实的计算机基础
我们调优的对象不是单一的应用服务,而是错综复杂的系统。应用服务的性能可能与操作
系统、网络、数据库等组件相关,所以我们需要储备计算机组成原理、操作系统、网络协
议以及数据库等基础知识。具体的性能问题往往还与传输、计算、存储数据等相关,那我
们还需要储备数据结构、算法以及数学等基础知识。
2. 习惯透过源码了解技术本质
我身边有很多好学的同学,他们经常和我分享在一些技术论坛或者公众号上学到的技术。
这个方式很好,因为论坛上边的大部分内容,都是生产者自己吸收消化后总结的知识点,
能帮助我们快速获取、快速理解。但是只做到这个程度还不够,因为你缺失了自己的判断。
怎么办呢?我们需要深入源码,通过分析来学习、总结一项技术的实现原理和优缺点,这
样我们
就能更客观地去学习一项技术,还能透过源码来学习牛人的思维方式,收获更好的编码实
现方式。
3. 善于追问和总结
很多同学在使用一项技术时,只是因为这项技术好用就用了,从来不问自己:为什么这项
技术可以提升系统性能?对比其他技术它好在哪儿?实现的原理又是什么呢?事实上,
“知其然且知所以然”才是我们积累经验的关键。知道了一项技术背后的实现原理,我们
才能在遇到性能问题时,做到触类旁通。
在这个专栏里,我将从实战出发,精选高频性能问题,透过 Java 底层源码,提炼出优化
思路和它背后的实现原理,最后形成一套“学完就能用的调优方法论”。这也是很多一线
大厂对于高级工程师的要求,希望通过这个专栏帮助你快速进阶。
那这个专栏具体是怎么设计的呢?结合 Java 应用开发的知识点,我将内容分为七大模块,
从上到下依次详解 Java 应用服务的每一层优化实战。
模块一,概述。为你建立两个标准。一个是性能调优标准,告诉你可以通过哪些参数去衡
量系统性能;另一个是调优过程标准,带你了解通过哪些严格的调优策略,我们可以排查
性能问题,从而解决问题。
模块二,Java 编程性能调优。JDK 是 Java 语言的基础库,熟悉 JDK 中各个包中的工具
类,可以帮助你编写出高性能代码。这里我会从基础的数据类型讲起,涉及容器在实际应
用场景中的调优,还有现在互联网系统架构中比较重要的网络通信调优。
模块三,多线程性能调优。目前大部分服务器都是多核处理器,多线程编程的应用广泛。
为了保证线程的安全性,通常会用到同步锁,这会为系统埋下很多隐患;除此之外,还有
多线程高并发带来的性能问题,这些都会在这个模块重点讲解。
模块四,JVM 性能监测及调优。Java 应用程序是运行在 JVM 之上的,对 JVM 进行调优
可以提升系统性能。这里重点讲解 Java 对象的创建和回收、内存分配等。
模块五,设计模式调优。在架构设计中,我们经常会用到一些设计模式来优化架构设计。
这里我将结合一些复杂的应用场景,分享设计优化案例。
模块六,数据库性能调优。数据库最容易成为整个系统的性能瓶颈,这里我会重点解析一
些数据库的常用调优方法。
模块七,实战演练场。以上六个模块的内容,都是基于某个点的调优,现在是时候把你前
面所学都调动起来了,这里我将带你进入综合性能问题高频出现的应用场景,学习整体调
优方法。
01 | 如何制定性能调优标准?
我有一个朋友,有一次他跟我说,他们公司的系统从来没有经过性能调优,功能测试完成
后就上线了,线上也没有出现过什么性能问题呀,那为什么很多系统都要去做性能调优
呢?
当时我就回答了他一句,如果你们公司做的是 12306 网站,不做系统性能优化就上线,
试试看会是什么情况。
如果是你,你会怎么回答呢?今天,我们就从这个话题聊起,希望能跟你一起弄明白这几
个问题:我们为什么要做性能调优?什么时候开始做?做性能调优是不是有标准可参考?
为什么要做性能调优?
一款线上产品如果没有经过性能测试,那它就好比是一颗定时炸弹,你不知道它什么时候
会出现问题,你也不清楚它能承受的极限在哪儿。
有些性能问题是时间累积慢慢产生的,到了一定时间自然就爆炸了;而更多的性能问题是
由访问量的波动导致的,例如,活动或者公司产品用户量上升;当然也有可能是一款产品
上线后就半死不活,一直没有大访问量,所以还没有引发这颗定时炸弹。
现在假设你的系统要做一次活动,产品经理或者老板告诉你预计有几十万的用户访问量,
询问系统能否承受得住这次活动的压力。如果你不清楚自己系统的性能情况,也只能战战
兢兢地回答老板,有可能大概没问题吧。
所以,要不要做性能调优,这个问题其实很好回答。所有的系统在开发完之后,多多少少
都会有性能问题,我们首先要做的就是想办法把问题暴露出来,例如进行压力测试、模拟
可能的操作场景等等,再通过性能调优去解决这些问题。
比如,当你在用某一款 App 查询某一条信息时,需要等待十几秒钟;在抢购活动中,无
法进入活动页面等等。你看,系统响应就是体现系统性能最直接的一个参考因素。
那如果系统在线上没有出现响应问题,我们是不是就不用去做性能优化了呢?再给你讲一
个故事吧。
曾经我的前前东家系统研发部门来了一位大神,为什么叫他大神,因为在他来公司的一年
时间里,他只做了一件事情,就是把服务器的数量缩减到了原来的一半,系统的性能指标,
反而还提升了。
好的系统性能调优不仅仅可以提高系统的性能,还能为公司节省资源。这也是我们做性能
调优的最直接的目的。
什么时候开始介入调优?
解决了为什么要做性能优化的问题,那么新的问题就来了:如果需要对系统做一次全面的
性能监测和优化,我们从什么时候开始介入性能调优呢?是不是越早介入越好?
其实,在项目开发的初期,我们没有必要过于在意性能优化,这样反而会让我们疲于性能
优化,不仅不会给系统性能带来提升,还会影响到开发进度,甚至获得相反的效果,给系
统带来新的问题。
我们只需要在代码层面保证有效的编码,比如,减少磁盘 I/O 操作、降低竞争锁的使用
以及使用高效的算法等等。遇到比较复杂的业务,我们可以充分利用设计模式来优化业务
代码。例如,设计商品价格的时候,往往会有很多折扣活动、红包活动,我们可以用装饰
模式去设计这个业务。
在系统编码完成之后,我们就可以对系统进行性能测试了。这时候,产品经理一般会提供
线上预期数据,我们在提供的参考平台上进行压测,通过性能分析、统计工具来统计各项
性能指标,看是否在预期范围之内。
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