想讓你的程序更快更穩，但是系統經常出各種bug，無從下手？Java性能調優全攻略來啦！
我有一個朋友，有一次他跟我說，他們公司的系統從來沒有經過性能調優，功能測試完成後就上線了，線上也沒有出現過什麼性能問題呀，那爲什麼很多系統都要去做性能調優呢？
當時我就回答了他一句，如果你們公司做的是 12306 網站，不做系統性能優化就上線，試試看會是什麼情況。
如果是你，你會怎麼回答呢？今天，我們就從這個話題聊起，希望能跟你一起弄明白這幾個問題：我們爲什麼要做性能調優？什麼時候開始做？做性能調優是不是有標準可參考？
爲什麼要做性能調優？
一款線上產品如果沒有經過性能測試，那它就好比是一顆定時炸彈，你不知道它什麼時候會出現問題，你也不清楚它能承受的極限在哪兒。有些性能問題是時間累積慢慢產生的，到了一定時間自然就爆炸了；而更多的性能問題是由訪問量的波動導致的，例如，活動或者公司產品用戶量上升；當然也有可能是一款產品上線後就半死不活，一直沒有大訪問量，所以還沒有引發這顆定時炸彈。
現在假設你的系統要做一次活動，產品經理或者老闆告訴你預計有幾十萬的用戶訪問量，詢問系統能否承受得住這次活動的壓力。如果你不清楚自己系統的性能情況，也只能戰戰兢兢地回答老闆，有可能大概沒問題吧。
所以，要不要做性能調優，這個問題其實很好回答。所有的系統在開發完之後，多多少少都會有性能問題，我們首先要做的就是想辦法把問題暴露出來，例如進行壓力測試、模擬可能的操作場景等等，再通過性能調優去解決這些問題。
比如，當你在用某一款 App 查詢某一條信息時，需要等待十幾秒鐘；在搶購活動中，無法進入活動頁面等等。你看，系統響應就是體現系統性能最直接的一個參考因素。
那如果系統在線上沒有出現響應問題，我們是不是就不用去做性能優化了呢？再給你講一個故事吧。
曾經我的前前東家系統研發部門來了一位大神，爲什麼叫他大神，因爲在他來公司的一年時間裏，他只做了一件事情，就是把服務器的數量縮減到了原來的一半，系統的性能指標，反而還提升了。
好的系統性能調優不僅僅可以提高系統的性能，還能爲公司節省資源。這也是我們做性能調優的最直接的目的。
什麼時候開始介入調優？
解決了爲什麼要做性能優化的問題，那麼新的問題就來了：如果需要對系統做一次全面的性能監測和優化，我們從什麼時候開始介入性能調優呢？是不是越早介入越好？
其實，在項目開發的初期，我們沒有必要過於在意性能優化，這樣反而會讓我們疲於性能優化，不僅不會給系統性能帶來提升，還會影響到開發進度，甚至獲得相反的效果，給系統帶來新的問題。
我們只需要在代碼層面保證有效的編碼，比如，減少磁盤 I/O 操作、降低競爭鎖的使用以及使用高效的算法等等。遇到比較複雜的業務，我們可以充分利用設計模式來優化業務代碼。例如，設計商品價格的時候，往往會有很多折扣活動、紅包活動，我們可以用裝飾模式去設計這個業務。
在系統編碼完成之後，我們就可以對系統進行性能測試了。這時候，產品經理一般會提供線上預期數據，我們在提供的參考平臺上進行壓測，通過性能分析、統計工具來統計各項性能指標，看是否在預期範圍之內。
在項目成功上線後，我們還需要根據線上的實際情況，依照日誌監控以及性能統計日誌，來觀測系統性能問題，一旦發現問題，就要對日誌進行分析並及時修復問題。
有哪些參考因素可以體現系統的性能？
上面我們講到了在項目研發的各個階段性能調優是如何介入的，其中多次講到了性能指標，那麼性能指標到底有哪些呢？
在我們瞭解性能指標之前，我們先來了解下哪些計算機資源會成爲系統的性能瓶頸。
CPU：有的應用需要大量計算，他們會長時間、不間斷地佔用 CPU 資源，導致其他資源無法爭奪到 CPU 而響應緩慢，從而帶來系統性能問題。例如，代碼遞歸導致的無限循環，正則表達式引起的回溯，JVM頻繁的 FULL GC，以及多線程編程造成的大量上下文切換等，這些都有可能導致 CPU 資源繁忙。
內存：Java 程序一般通過 JVM 對內存進行分配管理，主要是用 JVM 中的堆內存來存儲 Java 創建的對象。系統堆內存的讀寫速度非常快，所以基本不存在讀寫性能瓶頸。但是由於內存成本要比磁盤高，相比磁盤，內存的存儲空間又非常有限。所以當內存空間被佔滿，對象無法回收時，就會導致內存溢出、內存泄露等問題。
磁盤I/O：磁盤相比內存來說，存儲空間要大很多，但磁盤 I/O 讀寫的速度要比內存慢，雖然目前引入的 SSD 固態硬盤已經有所優化，但仍然無法與內存的讀寫速度相提並論。網絡：網絡對於系統性能來說，也起着至關重要的作用。如果你購買過雲服務，一定經歷過，選擇網絡帶寬大小這一環節。帶寬過低的話，對於傳輸數據比較大，或者是併發量比較大的系統，網絡就很容易成爲性能瓶頸。
異常：Java 應用中，拋出異常需要構建異常棧，對異常進行捕獲和處理，這個過程非常消耗系統性能。如果在高併發的情況下引發異常，持續地進行異常處理，那麼系統的性能就會明顯地受到影響。
數據庫：大部分系統都會用到數據庫，而數據庫的操作往往是涉及到磁盤 I/O 的讀寫。大量的數據庫讀寫操作，會導致磁盤 I/O 性能瓶頸，進而導致數據庫操作的延遲性。對於有大量數據庫讀寫操作的系統來說，數據庫的性能優化是整個系統的核心。
鎖競爭：在併發編程中，我們經常會需要多個線程，共享讀寫操作同一個資源，這個時候爲了保持數據的原子性（即保證這個共享資源在一個線程寫的時候，不被另一個線程修改），我們就會用到鎖。鎖的使用可能會帶來上下文切換，從而給系統帶來性能開銷。JDK1.6 之後，Java 爲了降低鎖競爭帶來的上下文切換，對 JVM 內部鎖已經做了多次優化，例如，新增了偏向鎖、自旋鎖、輕量級鎖、鎖粗化、鎖消除等。而如何合理地使用鎖資源，優化鎖資源，就需要你瞭解更多的操作系統知識、Java 多線程編程基礎，積累項目經驗，並結合實際場景去處理相關問題。
瞭解了上面這些基本內容，我們可以得到下面幾個指標，來衡量一般系統的性能。
1、響應時間
響應時間是衡量系統性能的重要指標之一，響應時間越短，性能越好，一般一個接口的響應時間是在毫秒級。在系統中，我們可以把響應時間自下而上細分爲以下幾種：
數據庫響應時間：數據庫操作所消耗的時間，往往是整個請求鏈中最耗時的；
服務端響應時間：服務端包括 Nginx 分發的請求所消耗的時間以及服務端程序執行所消耗的時間；
網絡響應時間：這是網絡傳輸時，網絡硬件需要對傳輸的請求進行解析等操作所消耗的時間；
客戶端響應時間：對於普通的 Web、App 客戶端來說，消耗時間是可以忽略不計的，但如果你的客戶端嵌入了大量的邏輯處理，消耗的時間就有可能變長，從而成爲系統的瓶頸。
2、吞吐量
在測試中，我們往往會比較注重系統接口的 TPS（每秒事務處理量），因爲 TPS 體現了接口的性能，TPS 越大，性能越好。在系統中，我們也可以把吞吐量自下而上地分爲兩種：磁盤吞吐量和網絡吞吐量。我們先來看磁盤吞吐量，磁盤性能有兩個關鍵衡量指標。
接下來看網絡吞吐量，這個是指網絡傳輸時沒有幀丟失的情況下，設備能夠接受的最大數據速率。網絡吞吐量不僅僅跟帶寬有關係，還跟 CPU 的處理能力、網卡、防火牆、外部接口以及 I/O 等等緊密關聯。而吞吐量的大小主要由網卡的處理能力、內部程序算法以及帶寬大小決定。
3、計算機資源分配使用率
通常由 CPU 佔用率、內存使用率、磁盤 I/O、網絡 I/O 來表示資源使用率。這幾個參數好比一個木桶，如果其中任何一塊木板出現短板，任何一項分配不合理，對整個系統性能的影響都是毀滅性的。
4、負載承受能力
當系統壓力上升時，你可以觀察，系統響應時間的上升曲線是否平緩。這項指標能直觀地反饋給你，系統所能承受的負載壓力極限。例如，當你對系統進行壓測時，系統的響應時間會隨着系統併發數的增加而延長，直到系統無法處理這麼多請求，拋出大量錯誤時，就到了極限。
總結
通過今天的學習，我們知道性能調優可以使系統穩定，用戶體驗更佳，甚至在比較大的系統中，還能幫公司節約資源。
但是在項目的開始階段，我們沒有必要過早地介入性能優化，只需在編碼的時候保證其優秀、高效，以及良好的程序設計。
在完成項目後，我們就可以進行系統測試了，我們可以將以下性能指標，作爲性能調優的標準，響應時間、吞吐量、計算機資源分配使用率、負載承受能力。
回顧我自己的項目經驗，有電商系統、支付系統以及遊戲充值計費系統，用戶級都是千萬級別，且要承受各種大型搶購活動，所以我對系統的性能要求非常苛刻。除了通過觀察以上指標來確定系統性能的好壞，還需要在更新迭代中，充分保障系統的穩定性。
這裏，給你延伸一個方法，就是將迭代之前版本的系統性能指標作爲參考標準，通過自動化性能測試，校驗迭代發版之後的系統性能是否出現異常，這裏就不僅僅是比較吞吐量、響應時間、負載能力等直接指標了，還需要比較系統資源的 CPU 佔用率、內存使用率、磁盤 I/O、網絡 I/O 等幾項間接指標的變化。
想系統的學習Java性能調優？可以關注我的專欄《Java 性能調優實戰》，覆蓋80%以上Java應用調優場景，帶你掌握一套學完即用的調優方法論。
作者介紹：
你好，我是劉超，金山軟件西山居技術經理，我一直處於性能調優的一線，是《Java 性能調優實戰》這門課的作者。