阿里巴巴Java性能调优实战（2021华山版）

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。在项目成功上线后，我们还需要根据线上的实际情况，依照日志监控以及性能统计日志，来观测系统性能问题，一旦发现问题，就要对日志进行分析并及时修复问题。

有哪些参考因素可以体现系统的性能？

上面我们讲到了在项目研发的各个阶段性能调优是如何介入的，其中多次讲到了性能指标，那么性能指标到底有哪些呢？在我们了解性能指标之前，我们先来了解下哪些计算机资源会成为系统的性能瓶颈。

CPU：有的应用需要大量计算，他们会长时间、不间断地占用 CPU 资源，导致其他资源无法争夺到 CPU 而响应缓慢，从而带来系统性能问题。例如，代码递归导致的无限循环，正则表达式引起的回溯，JVM 频繁的 FULL GC，以及多线程编程造成的大量上下文切换等，这些都有可能导致 CPU 资源繁忙。

内存：Java 程序一般通过 JVM 对内存进行分配管理，主要是用 JVM 中的堆内存来存储Java 创建的对象。系统堆内存的读写速度非常快，所以基本不存在读写性能瓶颈。但是由于内存成本要比磁盘高，相比磁盘，内存的存储空间又非常有限。所以当内存空间被占满，对象无法回收时，就会导致内存溢出、内存泄露等问题。

磁盘 I/O：磁盘相比内存来说，存储空间要大很多，但磁盘 I/O 读写的速度要比内存慢，虽然目前引入的 SSD 固态硬盘已经有所优化，但仍然无法与内存的读写速度相提并论。

网络：网络对于系统性能来说，也起着至关重要的作用。如果你购买过云服务，一定经历过，选择网络带宽大小这一环节。带宽过低的话，对于传输数据比较大，或者是并发量比较大的系统，网络就很容易成为性能瓶颈。

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