第一章 java性能调优概述
一般来说，程序的性能的表现方面：
- 执行速度
- 内存分配
- 启动时间
- 负载承受能力
性能参考指标：
- 执行时间
- CPU时间
- 内存分配
- 磁盘吞吐量
- 网络吞吐量
- 响应时间
木桶原理与性能瓶颈，最有可能成为性能瓶颈的环节：
- 磁盘IO
- 网络操作
- CPU
- 异常
- 数据库
- 锁竞争
- 内存
加速比=优化前系统耗时/优化后系统耗时
Amdahl定律：
加速比speedup<=1/(F+(1-F)/N)
其中N为CPU处理器数量，F为系统内必须串行化的程序比重。由此可见，为了提高系统的运行速度，仅仅增加N，是不能提高运行速度的，从根本上修改程序的串行化行为，提高系统内并行模块的占比，才行。
性能调优层次：
- 设计调优
- 代码调优
- JVM调优
- 数据库调优：1. 应用层SQL优化；2.数据库优化；3.数据库软件优化；
- 操作系统调优：共享内存段、信号量、共享内存最大值shmmax、共享内存最小值shmmin、最大文件句柄数、虚拟内存大小、磁盘块大小。
第二章 设计优化
常用手段
- 善用设计模式
- 单例模式
- 代理模式
- 享元模式
- 装饰者模式
- 观察者模式
- value object模式
- 业务代理模式
- 常用的优化组件和方法
- 缓冲buffer，缓冲区是一块特定的内存区域；缓冲区不宜过大，浪费系统内存，增加GC负担；
- 缓存cache，WeakHashMap；EHCache数据缓存解决方案，OSCache，可用于缓存任何对象，JBossCache可用于JBoss集群间数据共享的缓存框架；EHCache的缺点是缓存组件和业务层代码紧密耦合，依赖性太强；基于动态代理的缓存；
- 对象复用-池：线程池，数据库连接池；适用场景：创建耗时的大对象，节省获取对象实例的成本，减少GC负担；生成实例成本小的对象，使用池的方式，得不偿失；JDK new操作的效率很高，但是new操作所调用的类的构造函数可能很耗时；apache commons-pool对象池组件，对象池接口ObjectPool，PoolableObjectFactory，内置三个对象池，StackObjectPool，GenericObjectPool，SoftReferenceObjectPool；
- 并行代替串行
- 负载均衡，Apache+Tomcat集群搭建负载均衡解决方案，Session共享模式，黏性Session模式和复制Session模式；跨JVM分布式缓存框架Terracotta，可以实现Tomcat的Session共享；
- 时间换空间，看系统的性能瓶颈是什么，空间是瓶颈，则采用时间换空间；
- 空间换时间
第三章 java程序优化
- 字符串优化处理
- 核心数据结构
- 使用NIO
- 引用类型
- 强引用
- 软引用
- 弱引用
- 虚引用
- 其他技巧
- 异常try…catch，慎用，循环中不能用；
- 使用局部变量；
- 位运算代替乘除法；
- 少用switch，尤其是分支多的情况；
- 一位数组代替二维数组，减少集合的方法调用；
- 提取表达式（重复的部分），尤其是遇到循环；
- 展开循环；
- 布尔运算代替位运算（条件判断&&||，断路原则）；
- arrayCopy()；
- 使用buffer进行IO操作；
- 使用clone()代替new；
- 静态方法代替实例方法；
String对象的3个特点：
- 不变性；
- 针对常量池的优化：当两个String对象拥有相同的值时，他们只是引用常量池的同一个拷贝；
- 类的final定义；
字符串分割与查找
第四章 并行程序开发优化
- 并行程序设计模式
- Future模式，即异步；
- master-worker模式，类似于fork-join，master进程负责接收和分配任务，worker进程负责处理子任务；
- Guarded Suspension模式，
- 不变模式，不变模式比只读属性具有更强的一致性和不变性，只读属性自身可能变化；不变模式的使用条件：1. 对象创建后，其内部状态和数据不再发生变化；2. 对象需要被共享，被多线程频繁访问。实现4要点：1. 去掉setter方法和所有修改自身属性的方法；2. 所有属性私有且final；3. 没有子类可以继承并重写其方法；4. 构造函数可以创建完整对象。
- 生产者-消费者模式；
- JDK多任务执行框架
- 无限制线程的缺陷
- 简单的线程池实现
- Executor框架
- 自定义线程池
- 优化线程池大小，估算公式：
N = Nc * Uc * (1+W/C)，其中Nc是CPU的数量，Uc是CPU的使用率，W/C是等待时间与计算时间的比率。 - 扩展ThreadPoolExecutor
- JDK并发数据结构
- 并发List
- 并发Set
- 并发Map
- 并发Queue
- 并发Deque
- 并发控制方法
- 锁性能与优化
- 无锁并行计算
- 协程
第五章 JVM调优
JVM 内存模型
- 程序计数器
- java虚拟机栈
- 本地方法栈
- java堆
- 方法区
JVM内存分配参数
- 最大堆内存
- 最小堆内存
- 新生代
- 持久代
- 线程栈
- 堆的比例分配
垃圾收集
垃圾收集器要处理的基本问题：
- 哪些对象需要回收？
- 何时回收这些对象？
- 怎么回收这些对象？
算法：
- 引用计数法（reference counting）：问题：循环引用；
- 标记-清除算法（mark-sweep），两个阶段，可达性分析；问题：空间碎片，尤其是大对象的内存分配，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的空间。
- 复制（copy），代价：内存折半；其高效性建立在存活对象少、垃圾对象多的情况。
- 标记压缩（mark-compact），将所有的存活对象压缩到内存的另一侧；
- 增量（incremental collecting），垃圾回收时，stw，所有线程挂起；故，垃圾回收与应用程序交替执行；但是线程切换和上下文转换的消耗，使得GC的成本提高，吞吐量下降。
- 分代（generational collecting）
垃圾收集器的类型
按线程数分，串行GC和并行GC；
工作模式分，并发式和独占式；
碎片处理方式分，压缩和非压缩；
工作的内存区间分，新生代和老年代；
评价GC策略的指标：
- 吞吐量
- 垃圾回收器负载
- 停顿时间
- 垃圾回收频率
- 反应时间
- 堆分配
新生代串行收集器：单线程、独占式，stop the world，client模式下默认的GC，没有线程切换的开销；
老年代串行收集器：标记-压缩，单线程、独占式，CMS的备用GC；
并行收集器：多线程，独占式，有线程切换的开销，线程数通过-XX:ParallelGCThreads指定，CPU<8，设置为GC数，CPU>8，设置为3+[(5*CPU_count)/8]
第六章 性能调优工具
1. Linux命令行
1. top
2. sar
3. vmstat
4. iostat
5. pidstat
2. Windows工具
任务管理器
perfmon性能监控工具
process explorer
加强版的任务管理器
pslist
基本用法：
pslist [-d] [-m] [-x] [-t] [-s [n]] [-r n] [name | pid]
3. JDK命令行
1. jps
2. jstat
3. jmap
4. jstack
5. jinfo
6. jhat
7. jstatd
8. hprof
