目的
- 了解JAVA程序性能调优的过程、原理以及常见方法；在这方面做到“知道自己不知道”；
- 不用了解太多细节，这些细节的学习需要结合大量实践，只能有机会再深入。
TODO/疑问
- 为什么优化GC时，要按照“确定内存需求" -> "延迟调优" -> "吞吐量调优"的顺序？ 是因为这些指标之间存在该顺序表明的依赖关系？
- 如何定义性能需求？
- 如何使用性能分析工具
- 不同类型(WEB, 后台SERVICE)应用的调优有特定的技术和思路，需要进一步深入学习
- GC算法水太深，暂时没有想到要在什么情况下需要了解GC的实现细节
基本概念
在开始介绍性能调优，我们需要了解一些相关的基本概念和术语
- 什么是性能指标？
一般包括：吞吐量、延迟、并发、资源占用等方面。这些指标构成一个整体，不可分割。- 性能监测(Profiling)
性能监控是指通过工具收集应用/系统运行时的相关数据(profile)，为后续的性能分析提供输入。
性能监测参数
在性能监测过程中，我们经常要收集以下一些OS层面的参数，这些参数反应了应用的资源占用情况，以及应用的主要活动内容。
- 核心态CPU调用时间
该指标意味着应用在分配的CPU周期内执行了系统层面的操作，往往是I/O。理想情况下，该指标应该为0。
- CPU等待队列长度
该指标反映了系统CPU的繁忙程度。一般该长度应该小于系统的CPU核的个数，如果该长度长时间超过CPU个数，说明系统负担可能过重。
- 让步式上下文切换
让步式上下文切换表示程序内部存在多线程之间对锁的竞争。
调优过程
- 定义应用性能需求;
- 开发;
- 性能测试;
- 如果性能未达预期，则开始对应用进行性能监控（Profiling);
- 分析性能监控数据，对应用进行调优或者修改，回到2。
JAVA应用性能调优基本方法
基本方法：
- 优化算法和数据结构；
- 减少锁竞争：使用atomic/volatile；或者优化算法，缩小锁引起的竞争。
- 减少内核态CPU的使用：通过缓存或者批量模式减少IO；使用异步I/O
以下是结合性能分析工具，比较具体的方法：
- 通过分析GC中代的个数，找到可能存在的内存泄漏。
- 通过分析核心态CPU的比例，找到I/O阻塞引起的性能下降
- 通过分析锁的竞争情况，改进应用，减少竞争范围和几率，提供吞吐量。
- 通过分析对象分配情况，避免或者减少由于collection重新分配空间和拷贝导致的延迟
JVM性能调优基本方法
所谓JVM性能调优是指，通过调整JVM的部署模式，选择JRE的类型，设置GC参数，达到缩短应用处理延迟，提高应用吞吐量的目的。
GC在JVM调优中有重要地位，JVM调优方法中，很重要的一点就是降低GC频率，尤其是FULL GC（理想情况是0），所以需要先简单了解一下GC。
GC
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内存(heap)布局
- 新生代
存放新创建的对象。包括Eden区，Survior区。
- 老年代
存放经过若干次GC，仍然存活的对象。
- 永久代
存放VM的元数据和CLASS数据。
-
内存管理
所有新对象都在
Eden区生成，如果Eden没有足够空间，将触发Minor GC;
Minor GC执行过程：新生代中不可达的对象将被释放，包括：
Eden区域和Survivor区域；
Survivor区域有两个，其中一个保存上次GC发生后生存的对象，另一个则为空；
当发生Minor GC时，仍然存活的对象被移动到当前为空的Survivor区域，Eden区域和另一个Survivor区域被清空；
所有对象都有个标记该对象生存时间的属性：代数，表示该对象已经经历过的GC次数。代数初始为0，每次GC后，仍然存活的对象的代数增加1； 如果某些对象的生存时间较长，这些对象将被晋升(Promtion)到老年代，即移动到老年代保存。FULL GC执行过程：
如果Minor GC过程中，发现老年代的空间不足以容纳下次需要晋升对象，触发FULL GC； 如果永生代空间不足，也会触发FULL GC；
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实现算法
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GC对性能的影响
- 吞吐量
- 延迟
- 内存占用
调优步骤
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选择JVM部署模式 是一个还是多个JVM（即集群）
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选择JRE类型
- CLIENT vs SERVER;
- 32 bit vs 64 bit; (需要考虑64位指针导致CPU高速缓存命中下降的问题)
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调优/确定应用内存使用符合预期
- 给应用提供预期的负荷，让应用经过若干次FULL GC（可以手工触发）后，让应用运行在稳定态；
- 如果上述过程中出现OM异常，修改JVM的
-XMS和-XMX参数调整堆大小； - HEAP大小调整到位后，通过打印GC细节，观察老年代的内存占用情况；
- 根据稳定后的老年代的内存占用数据，确定应用的堆大小、新生代大小（2-4倍）和老年代大小(1.5倍）
- 如果能够确定应用的内存占用数据，则可以避免由于重新分配、拷贝引起的CPU周期。
-
调优延迟
- 通过增加空间大小，可以降低GC频率，提供应用吞吐量；但可能导致延迟增加。
- 如果对延迟敏感，可以更换GC算法，使用并行程度更高的实现
-
调优吞吐量
- 关键点就是降低GC频率，理想情况下甚至可以做到FULL GC次数为0（可能LMAX/DISRUPTOR有这样的处理）