本篇介绍一些常用的可用于系统性能优化的组件和方法
1.缓冲(Buffer)
缓冲区是一块特定的内存区域,开辟缓冲区的目的是通过缓解应用程序上下层之间的性能差异,提高系统的性能,我们在日常生活中最常见的缓冲的例子就是:
漏斗上层系统犹如入水口,下层犹如系统,倒水犹如向磁盘写东西,然而瓶口很细,造成了性能瓶颈。所以为了加快速度,可以添加一个漏斗。漏斗的初始口径很大,并拥有一定的容量,那么就可以先写一部分数据到缓冲区,当数据都进入到缓冲区后,上次处理完毕,等待下层处理至完成。
注意:缓冲可以协调上层组件和下层组件的性能差,当上层组件性能优于下层组件时,可以有效减少上层组件对下层组件的等待时间。基于这样的结构,上层应用组件不需要等待下层组件真实的接收全部组件,即可返回操作,加快了上层组件的处理速度,从而提高系统整体性能缓冲区最常用的场景就是IO流,由于IO操作很容易成为性能瓶颈,因此尽可能在IO读写中加入缓冲组建,提升系统性能
2.缓存(Cache)
缓存也是为提升系统性能而开辟的内存空间,缓存的主要作用就是暂存数据处理结果,并提供下次访问,在很多场合中,数据的处理或数据的获取都可能会非常耗时,当数据请求量很大时,频繁的数据处理会耗尽CPU资源,缓存的作用就是将这些数据处理结果缓存起来,当又其它线程或客户端要查询相同资源时,可以省略对这些数据的处理流程,直接从缓存中取出处理结果,并返回给请求组件,从而提高系统的响应时间。
最简单的缓存可以直接用HashMap实现,当然会遇到很多问题,比如什么时候清除不用的缓存数据,如何防止缓存数据过多而导致内存溢出等,当然也可用WeakHashMap这个弱引用来维护,从而降低了潜在的内存溢出,然而对比与专业的缓存还是不足。目前又很多基于java的缓存框架,比如出自Hibernate的EHCache,它是Hibernate默认的数据缓存方案;除此之外还有OSCache,JBossCache等。
3.对象复用--池
对象复用是目前常用的一种系统优化方式,核心思想即:如果一个类被频繁的请求使用,那么不必每次都生成一个实例,可以将这个类的一些实例保存在一个“池”中,等需要时直接从池中取出。这个池就称为对象池。实现上,它可能是一个数组,链表或者集合对象池运用很广,比如我们常用的线程池和数据库连接池。
线程池中保存着可以被重用的线程对象,当有任务被提交到线程池的时候,系统并不需要再新建一个线程,而是直接从池中取出一个可用线程,执行这个任务,在任务结束后,再将这个线程对象返回到线程池中而不用关闭。由于线程的创建和销毁很耗性能,所以采用这种方式可以有效的改善性能。
数据库连接池,它用于维护数据库链接的集合,当系统需要访问数据库时不需要重新简历数据库连接,可以直接从池中获取,在数据库操作完成时也不用关闭,直接返回到连接池中,由于数据库的创建和销毁是重量级操作,因此,避免这两个重复频繁的操作,对改善系统性能也很有意义。目前较为广泛的数据库连接池组件又C3P0和Proxool。注意:在程序中使用线程池和数据库连接池,可以有效的改善系统在高并发下的性能,任何对性能敏感的系统,都要考虑合理的配置这两个组件。
4.并行替代串行
随着多核时代的到来,cpu的并行能力有了很大的提升,在这种背景下,传统的串行程序已经无法发挥出cpu的性能,造成系统资源浪费,因此并行软件开发可将cpu性能发挥出来java对多线程的支持为多核计算提供了保障。java中提供的Thread对象和Runnable接口用于创建进程内对象。其次,为了优化程序性能,jdk还提供了java.util.concurrent并发包,内置各种多线程性能优化工具和组件,如线程池,各种并发数据结构。
5.负载均衡