程序员笔记|如何编写高性能的Java代码
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 = ;//100,1000,10000 public static ArrayBlockingQueue arrayWorkQueue = new ArrayBlockingQueue();
public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(, //corePoolSize线程池中核心线程数
,
,
TimeUnit.SECONDS,
arrayWorkQueue,
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
); public static void useThreadPool() {
Long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = ; 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 = ; 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 = ; public static boolean add2(int oldm, int newm) {
try {
Thread.sleep();
} 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();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
money = money + newm;
} public static void add(int newm) {
try {
Thread.sleep();
} 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, )) {
break;
}
}
}
};
Thread two = new Thread() {
public void run() {
//add(7000)
while (true) {
if (add2(money, )) {
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[] = i[] * ;
threadLocal.set(i);
} public static void muti3() {
int i[] = (int[]) threadLocal.get();
i[] = i[] * ;
threadLocal.set(i);
} public static void muti5() {
int i[] = (int[]) threadLocal.get();
i[] = i[] * ;
threadLocal.set(i);
} public static void main(String args[]) {
for (int i = ; i < ; i++) {
new Thread() {
public void run() {
int start = new Random().nextInt();
int end[] = {, , , };
end[] = start;
threadLocal.set(end);
ThreadLocalApp.muti2();
ThreadLocalApp.muti3();
ThreadLocalApp.muti5();
//int end = (int) threadLocal.get();
System.out.println(end[] + " " + end[] + " " + end[] + " " + end[]);
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 = ; i < ; i++) {
hash.put(new Integer(i), i);
}
System.out.println("t1 over");
}
}; Thread t2 = new Thread() {
public void run() {
for (int i = ; i < ; 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 = ; i < ; i++) {
new HashMapDeadLoop();
}
System.out.println("end");
}
}
https://coolshell.cn/articles/9606.html
HashMap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-" #291 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9f5f8de000 nid=0x5a37 runnable [0x0000700006349000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at java.util.HashMap$TreeNode.split(HashMap.java:)
at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:)
at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:)
at java.util.HashMap.put(HashMap.java:)
at com.example.demo.HashMapDeadLoop$.run(HashMapDeadLoop.java:)
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 = ;
public static Integer i2 = ;
public static synchronized Integer getI2() {
try {
Thread.sleep();
} 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();
} 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();
} 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$.run(DeadLock.java:)
- waiting to lock (a java.lang.Integer)
- locked (a java.lang.Integer)
"Thread-0":
at com.example.demo.DeadLock$.run(DeadLock.java:)
- waiting to lock (a java.lang.Integer)
- locked (a java.lang.Integer)
Found 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 = ;
public static int loopTimes = ; 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 = ; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = ; j < loopTimes; j++) {
//syn.increaseLock();
syn.increase();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = ; 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 = ; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = ; j < loopTimes; j++) {
syn.increaseLock();
//syn.increase();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = ; 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 = ; i < threadNum; i++) {
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = ; j < loopTimes; j++) {
Syn.ai.incrementAndGet();
}
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有线程结束
try {
for (int i = ; 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 = ;
public final static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(); 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。
作者:梁鑫
来源:宜信技术学院
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