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如何编写高性能的Java代码
这篇文章主要介绍了如何编写高性能的Java代码，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。
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一、并发
Unable to create new native thread ……
问题1：Java中创建一个线程消耗多少内存？
每个线程有独自的栈内存，共享堆内存
问题2：一台机器可以创建多少线程？
CPU，内存，操作系统，JVM，应用服务器
我们编写一段示例代码，来验证下线程池与非线程池的区别：
//线程池和非线程池的区别
public class ThreadPool {
public static int times = 100;//100,1000,10000
public static ArrayBlockingQueue arrayWorkQueue = new ArrayBlockingQueue(1000);
public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, //corePoolSize线程池中核心线程数
10,
60,
TimeUnit.SECONDS,
arrayWorkQueue,
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
);
public static void useThreadPool() {
Long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < times; i++) {
threadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("说点什么吧...");
}
});
}
threadPool.shutdown();
while (true) {
if (threadPool.isTerminated()) {
Long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);
break;
}
}
}
public static void createNewThread() {
Long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < times; i++) {
new Thread() {
public void run() {
System.out.println("说点什么吧...");
}
}.start();
}
Long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);
}
public static void main(String args[]) {
createNewThread();
//useThreadPool();
}
}启动不同数量的线程，然后比较线程池和非线程池的执行结果：
| 非线程池 | 线程池 | |
|---|---|---|
| 100次 | 16毫秒 | 5ms的 |
| 1000次 | 90毫秒 | 28ms |
| 10000次 | 1329ms | 164ms |
结论：不要new Thread()，采用线程池
非线程池的缺点：
每次创建性能消耗大
无序，缺乏管理。容易无限制创建线程，引起OOM和死机
1.1 使用线程池要注意的问题
避免死锁，请尽量使用CAS
我们编写一个乐观锁的实现示例：
public class CASLock {
public static int money = 2000;
public static boolean add2(int oldm, int newm) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (money == oldm) {
money = money + newm;
return true;
}
return false;
}
public synchronized static void add1(int newm) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
money = money + newm;
}
public static void add(int newm) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
money = money + newm;
}
public static void main(String args[]) {
Thread one = new Thread() {
public void run() {
//add(5000)
while (true) {
if (add2(money, 5000)) {
break;
}
}
}
};
Thread two = new Thread() {
public void run() {
//add(7000)
while (true) {
if (add2(money, 7000)) {
break;
}
}
}
};
one.start();
two.start();
try {
one.join();
two.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(money);
}
}使用ThreadLocal要注意
ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么系统 GC 的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。
我们编写一个ThreadLocalMap正确使用的示例：
//ThreadLocal应用实例
public class ThreadLocalApp {
public static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
public static void muti2() {
int i[] = (int[]) threadLocal.get();
i[1] = i[0] * 2;
threadLocal.set(i);
}
public static void muti3() {
int i[] = (int[]) threadLocal.get();
i[2] = i[1] * 3;
threadLocal.set(i);
}
public static void muti5() {
int i[] = (int[]) threadLocal.get();
i[3] = i[2] * 5;
threadLocal.set(i);
}
public static void main(String args[]) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread() {
public void run() {
int start = new Random().nextInt(10);
int end[] = {0, 0, 0, 0};
end[0] = start;
threadLocal.set(end);
ThreadLocalApp.muti2();
ThreadLocalApp.muti3();
ThreadLocalApp.muti5();
//int end = (int) threadLocal.get();
System.out.println(end[0] + " " + end[1] + " " + end[2] + " " + end[3]);
threadLocal.remove();
}
}.start();
}
}
}1.2 线程交互—线程不安全造成的问题
经典的HashMap死循环造成CPU100%问题
我们模拟一个HashMap死循环的示例：
//HashMap死循环示例
public class HashMapDeadLoop {
private HashMap hash = new HashMap();
public HashMapDeadLoop() {
Thread t1 = new Thread() {
public void run() {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
hash.put(new Integer(i), i);
}
System.out.println("t1 over");
}
};
Thread t2 = new Thread() {
public void run() {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
hash.put(new Integer(i), i);
}
System.out.println("t2 over");
}
};
t1.start();
t2.start();
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new HashMapDeadLoop();
}
System.out.println("end");
}
}
https://coolshell.cn/articles/9606.htmlHashMap死循环发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：
/HashMap死循环产生的线程栈 Thread-281" #291 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9f5f8de000 nid=0x5a37 runnable [0x0000700006349000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE at java.util.HashMap$TreeNode.split(HashMap.java:2134) at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:713) at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662) at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611) at com.example.demo.HashMapDeadLoop$2.run(HashMapDeadLoop.java:26)
应用停滞的死锁，Spring3.1的deadlock 问题
我们模拟一个死锁的示例：
//死锁的示例
public class DeadLock {
public static Integer i1 = 2000;
public static Integer i2 = 3000;
public static synchronized Integer getI2() {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return i2;
}
public static void main(String args[]) {
Thread one = new Thread() {
public void run() {
synchronized (i1) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (i2) {
System.out.println(i1 + i2);
}
}
}
};
one.start();
Thread two = new Thread() {
public void run() {
synchronized (i2) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (i1) {
System.out.println(i1 + i2);
}
}
}
};
two.start();
}
}死锁发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：
//死锁时产生堆栈 "Thread-1": at com.example.demo.DeadLock$2.run(DeadLock.java:47) - waiting to lock (a java.lang.Integer) - locked (a java.lang.Integer) "Thread-0": at com.example.demo.DeadLock$1.run(DeadLock.java:31) - waiting to lock (a java.lang.Integer) - locked (a java.lang.Integer) Found 1 deadlock.
1.3 基于JUC的优化示例
一个计数器的优化，我们分别用Synchronized，ReentrantLock，Atomic三种不同的方式来实现一个计数器，体会其中的性能差异
//示例代码
public class SynchronizedTest {
public static int threadNum = 100;
public static int loopTimes = 10000000;
public static void userSyn() {
//线程数
Syn syn = new Syn();
Thread[] threads = new Thread[threadNum];
//记录运行时间
long l = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {
//syn.increaseLock();
syn.increase();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = 0; i < threadNum; i++)
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("userSyn" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");
}
public static void useRea() {
//线程数
Syn syn = new Syn();
Thread[] threads = new Thread[threadNum];
//记录运行时间
long l = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {
syn.increaseLock();
//syn.increase();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = 0; i < threadNum; i++)
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("userRea" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");
}
public static void useAto() {
//线程数
Thread[] threads = new Thread[threadNum];
//记录运行时间
long l = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {
Syn.ai.incrementAndGet();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = 0; i < threadNum; i++)
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("userAto" + "-" + Syn.ai + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedTest.userSyn();
SynchronizedTest.useRea();
SynchronizedTest.useAto();
}
}
class Syn {
private int count = 0;
public final static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0);
private Lock lock = new ReentrantLock();
public synchronized void increase() {
count++;
}
public void increaseLock() {
lock.lock();
count++;
lock.unlock();
}
@Override
public String toString() {
return String.valueOf(count);
}
}结论，在并发量高，循环次数多的情况，可重入锁的效率高于Synchronized，但最终Atomic性能最好。
二、通信
2.1 数据库连接池的高效问题
一定要在finally中close连接
一定要在finally中release连接
2.2 OIO/NIO/AIO
| OIO | NIO | AIO | |
|---|---|---|---|
| 类型 | 阻塞 | 非阻塞 | 非阻塞 |
| 使用难度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 可靠性 | 差 | 高 | 高 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
结论：我性能有严苛要求下，尽量应该采用NIO的方式进行通信。
2.3 TIME_WAIT(client)，CLOSE_WAIT(server)问题
反应：经常性的请求失败
获取连接情况 netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
TIME_WAIT：表示主动关闭，优化系统内核参数可。
CLOSE_WAIT：表示被动关闭。
ESTABLISHED：表示正在通信
解决方案：二阶段完成后强制关闭
2.4 串行连接，持久连接（长连接），管道化连接
结论：
管道连接的性能最优异，持久化是在串行连接的基础上减少了打开/关闭连接的时间。
管道化连接使用限制：
1、HTTP客户端无法确认持久化（一般是服务器到服务器，非终端使用）；
2、响应信息顺序必须与请求信息顺序一致；
3、必须支持幂等操作才可以使用管道化连接.
三、数据库操作
必须要有索引（特别注意按时间查询）
单条操作or批量操作
注：很多程序员在写代码的时候随意采用了单条操作的方式，但在性能要求前提下，要求采用批量操作方式。
四、JVM
4.1 CPU标高的一般处理步骤
top查找出哪个进程消耗的cpu高
top –H –p查找出哪个线程消耗的cpu高
记录消耗cpu最高的几个线程
printf %x 进行pid的进制转换
jstack记录进程的堆栈信息
找出消耗cpu最高的线程信息
4.2 内存标高（OOM）一般处理步骤
jstat命令查看FGC发生的次数和消耗的时间，次数越多，耗时越长说明存在问题；
连续查看jmap –heap 查看老生代的占用情况，变化越大说明程序存在问题；
使用连续的jmap –histo:live 命令导出文件，比对加载对象的差异，差异部分一般是发生问题的地方。
4.3 GC引起的单核标高
单个CPU占用率高，首先从GC查起。
4.4 常见SY标高
线程上下文切换频繁
线程太多
锁竞争激烈
4.5 Iowait标高
如果IO的CPU占用很高，排查涉及到IO的程序，比如把OIO改造成NIO。
4.6 抖动问题
原因：字节码转为机器码需要占用CPU时间片，大量的CPU在执行字节码时，导致CPU长期处于高位；
现象：“C2 CompilerThread1” daemon，“C2 CompilerThread0” daemon CPU占用率最高；
解决办法：保证编译线程的CPU占比。
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