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《大型网站技术架构演进与性能优化》之代码级优化[五]

《大型网站技术架构演进与性能优化》之代码级优化[五]

作者: 迦叶_金色的人生_荣耀而又辉煌 | 来源:发表于2022-05-29 20:01 被阅读0次

    1.优化思路

    做优化首先要知道从哪里入手,也就是要知道系统的瓶颈在哪里。一个请求会消耗很多资源:CPU、内存、网络、磁盘等。这些资源中总会有一个到达瓶颈,只有优化最先到达瓶颈的资源才会产生效果。
    压测工具
    Java有两个经典的代码热点分析工具:JProfiler和Yourkit
    Apache ab压测工具
    发现瓶颈
    Jstack,可以看看当前的Java线程
    压测请求不是本机,要注意TCP连接数,可以使用netstat命令
    检查网卡是否达到了瓶颈
    I/O也可能成为瓶颈

    2.影响性能的因素

    所谓提升性能,通常意义上就是提升系统的QPS,即提升系统的吞吐量。
    要提升系统的QPS,首先要了解QPS与RT的关系。
    QPS与性能的关系
    影响线程数量的两个主要因素是CPU数量和线程等待时间。
    对于大部分的Web系统,RT(response tiime)一般由CPU执行时间和线程等待时间(远程RPC调用、I/O等待、sleep、wait等)组成。
    减少CPU的执行时间对QPS有实质的提升,减少线程的等待时间对QPS提升不明显。
    设置最佳线程数
    所谓最佳线程数是指消耗完服务器的瓶颈资源的一个临界线程数量。
    最佳线程数=[(线程等待时间+线程CPU时间)/线程CPU时间]/CPU数量。
    如何才能获取最佳线程数?
    第一,单用户压测,查看CPU的消耗的百分比,然后直接乘以该百分比,再进行压测。
    第二,通过慢慢增加并发请求来进行性能压测,通过观察压测结果判断是否达到服务器的资源瓶颈,以获得最佳线程数量。
    最佳内存设置
    处理并发请求要考虑内存的设置,即每个请求需要消耗多少内存、并发请求书乘以消耗的内存就是总内存的大小,如果设置的内存小于这个数,就会导致频繁的Full GC。
    如何判断是否达到内存瓶颈?压测时观察Old区内存增长是否正常。
    如何计算出每个请求平均占用的内存大小呢?理论上通过Eden/(QPS * minorGC的平均间隔时间(s))来计算。
    如何减少每次请求中占用的内存大小呢?
    尽量减少线程请求生命周期里的对象数量。
    对象创建到可回收的时间要尽可能短,例如不要在非常耗时的操作前面创建一个大对象,而尽可能在真正使用这个对象时再创建,对象使用完成后也要尽量置空。
    如何提升性能
    如果要提升服务器端的响应时间RT,采用减少I/O的时间能达到最佳效果,比如合并多个I/O请求。
    如果要提升QPS,采用优化CPU的时间能达到最佳效果。

    3.Java特性的优化

    比如,常用StringBuilder、优化自定义hashCode()、equals()、toString()方法,优先使用原始数据类型,不在循环中使用try…catch,copy时使用System.arraycopy()命令。
    减少编码
    使用局部变量
    减少方法调用

    4.减少并发冲突

    并发冲突往往会导致程序性能上不去,成为性能瓶颈。
    容易出现并发的地方一般都会用锁,判断是否出现锁冲突要查看CPU没用满的情况下QPS是否还能上去,可以通过jstack检查线程是否都在block状态。

    5.减少序列化

    序列化也是Java性能的一大天敌,减少Java中的序列化操作也能大大提升性能。
    序列化大部分是在RPC调用中发生的,因此避免或者减少RPC的调用就可以减少序列化,当然当前的序列化协议已经做了很多优化提升性能。

    6.减少字符到字节的转换

    每个字符的编码都需要查表,而这种操作非常耗CPU资源,所以减少字符到字节的转换或者相反、减少字符编码会非常有效。
    读取静态文件,一般情况下,我们会把静态文件读取到内存,以减少每次从磁盘读文件的消耗,但是还可以进一步做的就是把这个静态文件直接转化成字节缓存,也就是把String经过编码转换成byte[]数组,当然我们输出的时候要用stream输出而不是用out.print()。

    7.使用长连接

    在内部调用中,会有一些HTTP请求,大部分情况以短连接为主。

    8.总结

    a、发现短板
    主要考虑以下场景会受到一些限制:光速、网速、网络结构和应用本身的一些瓶颈等。
    b、减少数据大小
    有两个地方特别影响性能,一是服务端在处理数据时不可避免地存在字符到字节的相互转化;而是HTTP请求时要做Gzip压缩,网络传输的耗时,这些都和数据大小密切相关。
    从以下方面减少数据大小:
    HTML、图片、JSON、JSON结构、Java对象、请求数。
    c、数据分级
    就是要保证首屏为先、重要信息未先,次要信息采用异步加载的方式,提升用户获取数据的体验。
    d、减少中间环节,减少字符到字节的转换,将变的转换为不变的;增加预处理就是去掉不需要的操作.
    要做好优化还需要做好应用基线,大概包括以下内容:
    性能基线,何时性能突然下降;
    成本基线,去年双11用了多少台机器;
    链路基线,系统发生了哪些变化;
    持续关注系统的性能,代码级(提升代码质量),业务(改掉不合理的调用),架构和链路级(改进架构);
    用更通用和批量的方式解决问题,整合系统之间的调研链路(合并部署),提升整体机器使用率(弹性部署)。


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