程序員筆記|如何編寫高性能的Java代碼

阿新 • • 發佈：2019-05-08

數據庫連接池 ont convert oop ace .sh 死循環 turn 外部

一、並發

無法創建新的本機線程......

問題1：Java的中創建一個線程消耗多少內存？

每個線程有獨自的棧內存，共享堆內存

問題2：一臺機器可以創建多少線程？

CPU，內存，操作系統，JVM，應用服務器

我們編寫一段示例代碼，來驗證下線程池與非線程池的區別：

//線程池和非線程池的區別<font></font>
public class ThreadPool {<font></font>
 <font></font>
     public static int times = 100;//100,1000,10000<font></font> 

 <font></font>
     public static ArrayBlockingQueue arrayWorkQueue = new ArrayBlockingQueue(1000);<font></font>
     public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, //corePoolSize線程池中核心線程數<font></font>
             10,<font></font>
             60 
,<font></font>
             TimeUnit.SECONDS,<font></font>
             arrayWorkQueue,<font></font>
             new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()<font></font>
     );<font></font>
 <font></font>
     public static void 
 useThreadPool() {<font></font>
         Long start = System.currentTimeMillis();<font></font>
         for (int i = 0; i < times; i++) {<font></font>
             threadPool.execute(new Runnable() {<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     System.out.println("說點什麽吧...");<font></font>
                 }<font></font>
             });<font></font>
         }<font></font>
         threadPool.shutdown();<font></font>
         while (true) {<font></font>
             if (threadPool.isTerminated()) {<font></font>
                 Long end = System.currentTimeMillis();<font></font>
                 System.out.println(end - start);<font></font>
                 break;<font></font>
             }<font></font>
         }<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void createNewThread() {<font></font>
         Long start = System.currentTimeMillis();<font></font>
         for (int i = 0; i < times; i++) {<font></font>
 <font></font>
             new Thread() {<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     System.out.println("說點什麽吧...");<font></font>
                 }<font></font>
             }.start();<font></font>
         }<font></font>
         Long end = System.currentTimeMillis();<font></font>
         System.out.println(end - start);<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void main(String args[]) {<font></font>
         createNewThread();<font></font>
         //useThreadPool();<font></font>
     }<font></font>
 }

啟動不同數量的線程，然後比較線程池和非線程池的執行結果：

	非線程池	線程池
100次	16毫秒	5ms的
1000次	90毫秒	28ms
10000次	1329ms	164ms

結論：不要新的Thread（），采用線程池

非線程池的缺點：

每次創建性能消耗大
無序，缺乏管理。容易無限制創建線程，引起OOM和死機

1.1 使用線程池要註意的問題

避免死鎖，請盡量使用CAS

我們編寫一個樂觀鎖的實現示例：

public class CASLock {<font></font>
 <font></font>
     public static int money = 2000;<font></font>
 <font></font>
     public static boolean add2(int oldm, int newm) {<font></font>
         try {<font></font>
             Thread.sleep(2000);<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         if (money == oldm) {<font></font>
             money = money + newm;<font></font>
             return true;<font></font>
         }<font></font>
         return false;<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public synchronized static void add1(int newm) {<font></font>
         try {<font></font>
             Thread.sleep(3000);<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         money = money + newm;<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void add(int newm) {<font></font>
         try {<font></font>
             Thread.sleep(3000);<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         money = money + newm;<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void main(String args[]) {<font></font>
         Thread one = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 //add(5000)<font></font>
                 while (true) {<font></font>
                     if (add2(money, 5000)) {<font></font>
                         break;<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
         Thread two = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 //add(7000)<font></font>
                 while (true) {<font></font>
                     if (add2(money, 7000)) {<font></font>
                         break;<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
         one.start();<font></font>
         two.start();<font></font>
         try {<font></font>
             one.join();<font></font>
             two.join();<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         System.out.println(money);<font></font>
     }<font></font>
 }

使用ThreadLocal中要註意

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，如果一個ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那麽系統GC的時候，這個ThreadLocal勢必會被回收，這樣一來，ThreadLocalMap中就會出現key為null的條目，就沒有辦法訪問這些鍵為null的條目的值，如果當前線程再遲遲不結束的話，這些鍵為null的條目的值就會一直存在一條強引用鏈：線程參考 - >線程 - > ThreaLocalMap - >條目 - >值永遠無法回收，造成內存泄漏。

我們編寫一個ThreadLocalMap正確使用的示例：

//ThreadLocal應用實例<font></font>
public class ThreadLocalApp {<font></font>
 <font></font>
     public static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();<font></font>
 <font></font>
     public static void muti2() {<font></font>
         int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font>
         i[1] = i[0] * 2;<font></font>
         threadLocal.set(i);<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void muti3() {<font></font>
         int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font>
         i[2] = i[1] * 3;<font></font>
         threadLocal.set(i);<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void muti5() {<font></font>
         int i[] = (int[]) threadLocal.get();<font></font>
         i[3] = i[2] * 5;<font></font>
         threadLocal.set(i);<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void main(String args[]) {<font></font>
         for (int i = 0; i < 5; i++) {<font></font>
             new Thread() {<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     int start = new Random().nextInt(10);<font></font>
                     int end[] = {0, 0, 0, 0};<font></font>
                     end[0] = start;<font></font>
                     threadLocal.set(end);<font></font>
                     ThreadLocalApp.muti2();<font></font>
                     ThreadLocalApp.muti3();<font></font>
                     ThreadLocalApp.muti5();<font></font>
                     //int end = (int) threadLocal.get();<font></font>
                     System.out.println(end[0] + "  " + end[1] + "  " + end[2] + "  " + end[3]);<font></font>
                     threadLocal.remove();<font></font>
                 }<font></font>
             }.start();<font></font>
         }<font></font>
     }<font></font>
 }

1.2 線程交互 - 線程不安全造成的問題

經典的HashMap的死循環造成CPU100％問題

我們模擬一個HashMap的死循環的示例：

//HashMap死循環示例<font></font>
public class HashMapDeadLoop {<font></font>
 <font></font>
     private HashMap hash = new HashMap();<font></font>
 <font></font>
     public HashMapDeadLoop() {<font></font>
         Thread t1 = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 for (int i = 0; i < 100000; i++) {<font></font>
                     hash.put(new Integer(i), i);<font></font>
                 }<font></font>
                 System.out.println("t1 over");<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
 <font></font>
         Thread t2 = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 for (int i = 0; i < 100000; i++) {<font></font>
                     hash.put(new Integer(i), i);<font></font>
                 }<font></font>
                 System.out.println("t2 over");<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
         t1.start();<font></font>
         t2.start();<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void main(String[] args) {<font></font>
         for (int i = 0; i < 1000; i++) {<font></font>
             new HashMapDeadLoop();<font></font>
         }<font></font>
         System.out.println("end");<font></font>
     }<font></font>
 }<font></font>
https://coolshell.cn/articles/9606.html

HashMap的死循環發生後，我們可以在線程棧中觀測到如下信息：

/HashMap死循環產生的線程棧<font></font>
Thread-281" #291 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9f5f8de000 nid=0x5a37 runnable [0x0000700006349000]<font></font>
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE<font></font>
       at java.util.HashMap$TreeNode.split(HashMap.java:2134)<font></font>
       at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:713)<font></font>
       at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)<font></font>
       at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)<font></font>
       at com.example.demo.HashMapDeadLoop$2.run(HashMapDeadLoop.java:26)

應用停滯的死鎖，Spring3.1的死鎖問題

我們模擬一個死鎖的示例：

//死鎖的示例<font></font>
public class DeadLock {<font></font>
     public static Integer i1 = 2000;<font></font>
     public static Integer i2 = 3000;<font></font>
         public static synchronized Integer getI2() {<font></font>
         try {<font></font>
             Thread.sleep(3000);<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         return i2;<font></font>
     }<font></font>
     public static void main(String args[]) {<font></font>
         Thread one = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 synchronized (i1) {<font></font>
                     try {<font></font>
                         Thread.sleep(3000);<font></font>
                     } catch (InterruptedException e) {<font></font>
                         e.printStackTrace();<font></font>
                     }<font></font>
                     synchronized (i2) {<font></font>
                         System.out.println(i1 + i2);<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
         one.start();<font></font>
         Thread two = new Thread() {<font></font>
             public void run() {<font></font>
                 synchronized (i2) {<font></font>
                     try {<font></font>
                         Thread.sleep(3000);<font></font>
                     } catch (InterruptedException e) {<font></font>
                         e.printStackTrace();<font></font>
                     }<font></font>
                     synchronized (i1) {<font></font>
                         System.out.println(i1 + i2);<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             }<font></font>
         };<font></font>
         two.start();<font></font>
     }<font></font>
 }

死鎖發生後，我們可以在線程棧中觀測到如下信息：

//死鎖時產生堆棧<font></font>
"Thread-1":<font></font>
       at com.example.demo.DeadLock$2.run(DeadLock.java:47)<font></font>
       - waiting to lock  (a java.lang.Integer)<font></font>
       - locked  (a java.lang.Integer)<font></font>
"Thread-0":<font></font>
       at com.example.demo.DeadLock$1.run(DeadLock.java:31)<font></font>
       - waiting to lock  (a java.lang.Integer)<font></font>
       - locked  (a java.lang.Integer)<font></font>
Found 1 deadlock.

1.3 基於潔悠神的優化示例

一個計數器的優化，我們分別用同步，ReentrantLock的，原子三種不同的方式來實現一個計數器，體會其中的性能差異

//示例代碼<font></font>
public class SynchronizedTest {<font></font>
 <font></font>
     public static int threadNum = 100;<font></font>
     public static int loopTimes = 10000000;<font></font>
 <font></font>
     public static void userSyn() {<font></font>
         //線程數<font></font>
         Syn syn = new Syn();<font></font>
         Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font>
         //記錄運行時間<font></font>
         long l = System.currentTimeMillis();<font></font>
         for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font>
             threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font>
                 @Override<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font>
                         //syn.increaseLock();<font></font>
                         syn.increase();<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             });<font></font>
             threads[i].start();<font></font>
         }<font></font>
         //等待所有線程結束<font></font>
         try {<font></font>
             for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font>
                 threads[i].join();<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         System.out.println("userSyn" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void useRea() {<font></font>
         //線程數<font></font>
         Syn syn = new Syn();<font></font>
         Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font>
         //記錄運行時間<font></font>
         long l = System.currentTimeMillis();<font></font>
         for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font>
             threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font>
                 @Override<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font>
                         syn.increaseLock();<font></font>
                         //syn.increase();<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             });<font></font>
             threads[i].start();<font></font>
         }<font></font>
         //等待所有線程結束<font></font>
         try {<font></font>
             for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font>
                 threads[i].join();<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         System.out.println("userRea" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font>
     }<font></font>
    public static void useAto() {<font></font>
         //線程數<font></font>
         Thread[] threads = new Thread[threadNum];<font></font>
         //記錄運行時間<font></font>
         long l = System.currentTimeMillis();<font></font>
         for (int i = 0; i < threadNum; i++) {<font></font>
             threads[i] = new Thread(new Runnable() {<font></font>
                 @Override<font></font>
                 public void run() {<font></font>
                     for (int j = 0; j < loopTimes; j++) {<font></font>
                         Syn.ai.incrementAndGet();<font></font>
                     }<font></font>
                 }<font></font>
             });<font></font>
             threads[i].start();<font></font>
         }<font></font>
         //等待所有線程結束<font></font>
         try {<font></font>
             for (int i = 0; i < threadNum; i++)<font></font>
                 threads[i].join();<font></font>
         } catch (InterruptedException e) {<font></font>
             e.printStackTrace();<font></font>
         }<font></font>
         System.out.println("userAto" + "-" + Syn.ai + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms");<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public static void main(String[] args) {<font></font>
         SynchronizedTest.userSyn();<font></font>
         SynchronizedTest.useRea();<font></font>
         SynchronizedTest.useAto();<font></font>
     }<font></font>
 }<font></font>
 <font></font>
 class Syn {<font></font>
     private int count = 0;<font></font>
     public final static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0);<font></font>
 <font></font>
     private Lock lock = new ReentrantLock();<font></font>
 <font></font>
     public synchronized void increase() {<font></font>
         count++;<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     public void increaseLock() {<font></font>
         lock.lock();<font></font>
         count++;<font></font>
         lock.unlock();<font></font>
     }<font></font>
 <font></font>
     @Override<font></font>
     public String toString() {<font></font>
         return String.valueOf(count);<font></font>
     }<font></font>
 }

結論：在並發量高，循環次數多的情況，可重入鎖的效率高於同步，但最終原子性能最好。

二、通信

2.1 數據庫連接池的高效問題

一定要在最後接近中連接
一定要在最後發布中連接

2.2 OIO / NIO / AIO

	OIO	NIO	AIO
類型	阻塞	非阻塞	非阻塞
使用難度	簡單	復雜	復雜
可靠性	差	高	高
吞吐量	低	高	高

結論：當性能有嚴苛要求時，應該盡量采用NIO的方式進行通信。

2.3 TIME_WAIT（客戶端），CLOSE_WAIT（服務器）問題

反應：經常性的請求失敗

獲取連接情況netstat -n | awk‘/ ^ tcp / {++ S [$ NF]} END {for（a in a）print a，S [a]}‘

TIME_WAIT：表示主動關閉，優化系統內核參數可。
CLOSE_WAIT：表示被動關閉。
ESTABLISHED：表示正在通信

解決方案：二階段完成後強制關閉

2.4 串行連接，持久連接（長連接），管道化連接

技術分享圖片

結論

管道連接的性能最優異，持久化是在串行連接的基礎上減少了打開/關閉連接的時間。

管道化連接使用限制：

HTTP客戶端無法確認持久化（一般是服務器到服務器，非終端使用）;
響應信息順序必須與請求信息順序一致;
必須支持冪等操作才可以使用管道化連接。

三、數據庫操作

必須要有索引（特別註意按時間查詢）
單條操作或批量操作

註：很多程序員在寫代碼的時候隨意采用了單條操作的方式，但在性能要求前提下，要求采用批量操作方式。

四、JVM

4.1 CPU標高的一般處理步驟

頂部查找出哪個進程消耗的CPU高
top -H -p查找出哪個線程消耗的cpu高
記錄消耗CPU最高的幾個線程
printf％x進行pid的進制轉換
jstack記錄進程的堆棧信息
找出消耗CPU最高的線程信息

4.2 內存標高（OOM）一般處理步驟

jstat命令查看FGC發生的次數和消耗的時間，次數越多，耗時越長說明存在問題;
連續查看jmap -heap查看老生代的占用情況，變化越大說明程序存在問題;
使用連續的jmap -histo：live命令導出文件，比對加載對象的差異，差異部分一般是發生問題的地方。

4.3 GC引起的單核標高

單個CPU占用率高，首先從GC查起。

4.4 常見SY標高

線程上下文e月刊頻繁
線程太多
鎖競爭激烈

4.5 愛荷華州標高

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 抖動問題

原因：字節碼轉為機器碼需要占用CPU時間片，大量的CPU在執行字節碼時，導致CPU長期處於高位;

現象：“C2 CompilerThread1”守護進程，“C2 CompilerThread0”守護進程CPU占用率最高;

解決辦法：保證編譯線程的CPU占比。

作者：梁鑫

來源：宜信技術學院

程序員筆記|如何編寫高性能的Java代碼

數據庫連接池 ont convert oop ace .sh 死循環 turn 外部一、並發無法創建新的本機線程...... 問題1：Java的中創建一個線程消耗多少內存？每個線程有獨自的棧內存，共享堆內存問題2：一臺機器可以創建多少線程？ CPU，

程序員筆記|如何編寫高性能的Java代碼

一、並發

1.1 使用線程池要註意的問題

1.2 線程交互 - 線程不安全造成的問題

1.3 基於潔悠神的優化示例

二、通信

2.1 數據庫連接池的高效問題

2.2 OIO / NIO / AIO

2.3 TIME_WAIT（客戶端），CLOSE_WAIT（服務器）問題

2.4 串行連接，持久連接（長連接），管道化連接

三、數據庫操作

四、JVM

4.1 CPU標高的一般處理步驟

4.2 內存標高（OOM）一般處理步驟

4.3 GC引起的單核標高

4.4 常見SY標高

4.5 愛荷華州標高

4.6 抖動問題

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一、並發

1.1 使用線程池要註意的問題

1.2 線程交互 - 線程不安全造成的問題

1.3 基於潔悠神的優化示例

二、通信

2.1 數據庫連接池的高效問題

2.2 OIO / NIO / AIO

2.3 TIME_WAIT（客戶端），CLOSE_WAIT（服務器）問題

2.4 串行連接，持久連接（長連接），管道化連接

三、數據庫操作

四、JVM

4.1 CPU標高的一般處理步驟

4.2 內存標高（OOM）一般處理步驟

4.3 GC引起的單核標高

4.4 常見SY標高

4.5 愛荷華州標高

4.6 抖動問題

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