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Java性能的優化(上)

2013-11-23 19:03:15  來源: Java核心技術 

  Java在九十年代中期出現以後在贏得贊歎的同時也引來了一些批評贏得的贊歎主要是Java的跨平台的操作性即所謂的Write OnceRun Anywhere但由於Java的性能和運行效率同C相比仍然有很大的差距從而引來了很多的批評
  對於服務器端的應用程序由於不大涉及到界面設計和程序的頻繁重啟Java的性能問題看似不大明顯從而一些Java的技術如JSPServletEJB等在服務器端編程方面得到了很大的應用但實際上Java的性能問題在服務器端依然存在下面我將分四個方面來討論Java的性能和執行效率以及提高Java性能的一些方法
  一.關於性能的基本知識
  .性能的定義
  在我們討論怎樣提高Java的性能之前我們需要明白性能的真正含義我們一般定義如下五個方面作為評判性能的標准
  ) 運算的性能哪一個算法的執行性能最好
  ) 內存的分配程序需要分配多少內存運行時的效率和性能最高
  ) 啟動的時間程序啟動需要多少時間
  ) 程序的可伸縮性程序在用戶負載過重的情況下的表現
  ) 性能的認識用戶怎樣才能認識到程序的性能
  對於不同的應用程序對性能的要求也不同例如大部分的應用程序在啟動時需要較長的時間從而對啟動時間的要求有所降低服務器端的應用程序通常都分配有較大的內存空間所以對內存的要求也有所降低但是這並不是所這兩方面的性能可以被忽略其次算法的性能對於那些把商務邏輯運用到事務性操作的應用程序來講非常重要總的來講對應用程序的要求將決定對各個性能的優先級
  .怎樣才能提高JAVA的性能
  提高JAVA的性能一般考慮如下的四個主要方面
  () 程序設計的方法和模式
  一個良好的設計能提高程序的性能這一點不僅適用於JAVA也適用也任何的編程語言因為它充分利用了各種資源如內存CPU高速緩存對象緩沖池及多線程從而設計出高性能和可伸縮性強的系統
  當然為了提高程序的性能而改變原來的設計是比較困難的但是程序性能的重要性常常要高於設計上帶來的變化因此在編程開始之前就應該有一個好的設計模型和方法
  () JAVA布署的環境
  JAVA布署的環境就是指用來解釋和執行JAVA字節碼的技術一般有如下五種即解釋指令技術(Interpreter Technology)及時編譯的技術(Just In Time Compilier Technology) 適應性優化技術(Adaptive Optimization Technology) 動態優化提前編譯為機器碼的技術(Dynamic OptimizationAhead Of Time Technology)和編譯為機器碼的技術(Translator Technology)
  這些技術一般都通過優化線程模型調整堆和棧的大小來優化JAVA的性能在考慮提高JAVA的性能時首先要找到影響JAVA性能的瓶頸(BottleNecks)在確認了設計的合理性後應該調整JAVA布署的環境通過改變一些參數來提高JAVA應用程序的性能具體內容見第二節
  () JAVA應用程序的實現
  當討論應用程序的性能問題時大多數的程序員都會考慮程序的代碼這當然是對的當更重要的是要找到影響程序性能的瓶頸代碼為了找到這些瓶頸代碼我們一般會使用一些輔助的工具如JprobeOptimizitVtune以及一些分析的工具如TowerJ Performance等這些輔助的工具能跟蹤應用程序中執行每個函數或方法所消耗掉的時間從而改善程序的性能
  () 硬件和操作系統
  為了提高JAVA應用程序的性能而采用跟快的CPU和更多的內存並認為這是提高程序性能的唯一方法但事實並非如此實踐經驗和事實證明只有遭到了應用程序性能的瓶頸從而采取適當得方法如設計模式布署的環境操作系統的調整才是最有效的
  .程序中通常的性能瓶頸
  所有的應用程序都存在性能瓶頸為了提高應用程序的性能就要盡可能的減少程序的瓶頸以下是在JAVA程序中經常存在的性能瓶頸
  了解了這些瓶頸後就可以有針對性的減少這些瓶頸從而提高JAVA應用程序的性能
   提高JAVA程序性能的步驟
  為了提高JAVA程序的性能需要遵循如下的六個步驟
  a) 明確對性能的具體要求
  在實施一個項目之前必須要明確該項目對於程序性能的具體要求這個應用程序要支持個並發的用戶並且響應時間要在秒鐘之內但同時也要明白對於性能的要求不應該同對程序的其他要求沖突
  b) 了解當前程序的性能
  你應該了解你的應用程序的性能同項目所要求性能之間的差距通常的指標是單位時間內的處理數和響應時間有時還會比較CPU和內存的利用率
  c) 找到程序的性能瓶頸
  為了發現程序中的性能瓶頸通常會使用一些分析工具TowerJ Application Performance Analyzer或VTune來察看和分析程序堆棧中各個元素的消耗時間從而正確的找到並改正引起性能降低的瓶頸代碼從而提高程序的性能這些工具還能發現諸如過多的異常處理垃圾回收等潛在的問題
  d) 采取適當的措施來提高性能
  找到了引起程序性能降低的瓶頸代碼後我們就可以用前面介紹過的提高性能的四個方面即設計模式JAVA代碼的實現布署JAVA的環境和操作系統來提高應用程序的性能具體內容將在下面的內容中作詳細說明
  e) 只進行某一方面的修改來提高性能
  一次只改變可能引起性能降低的某一方面然後觀察程序的性能是否有所提高而不應該一次改變多個方面因為這樣你將不知道到底哪個方面的改變提高了程序的性能哪個方面沒有即不能知道程序瓶頸在哪
  f) 返回到步驟c繼續作類似的工作一直達到要求的性能為止
  二. JAVA布署的環境和編譯技術
   開發JAVA應用程序時首先把JAVA的源程序編譯為與平台無關的字節碼這些字節碼就可以被各種基於JVM的技術所執行這些技術主要分為兩個大類即基於解釋的技術和基於提前編譯為本地碼的技術
  具體可分為如下的五類  
  a) 解釋指令技術
  其結構圖和執行過程如下
   JAVA的編譯器首先把JAVA源文件編譯為字節碼這些字節碼對於JAVA虛擬機(JVM)來講就是機器的指令碼然後JAVA的解釋器不斷的循環取出字節碼進行解釋並執行
   這樣做的優點是可以實現JAVA語言的跨平台同時生成的字節碼也比較緊湊JAVA的一些優點如安全性動態性都得保持但缺點是省生成的字節碼沒有經過什麼優化同全部編譯好的本地碼相比速度比較慢
  b) 及時編譯技術(Just In Time)
    及時編譯技術是為了解決指令解釋技術效率比較低速度比較慢的情況下提出的其結構圖如下所示
  其主要變化是在JAVA程序執行之前又JIT編譯器把JAVA的字節碼編譯為機器碼從而在程序運行時直接執行機器碼而不用對字節碼進行解釋同時對代碼也進行了部分的優化
  這樣做的優點是大大提高了JAVA程序的性能同時由於編譯的結果並不在程序運行間保存因此也節約了存儲空間了加載程序的時間缺點是由於JIT編譯器對所有的代碼都想優化因此也浪費了很多的時間
  IBM和SUN公司都提供了相關的JIT產品
  c) 適應性優化技術(Adaptive Optimization Technology)
  同JIT技術相比適應性優化技術並不對所有的字節碼進行優化它會跟蹤程序運行的成個過程從而發現需要優化的代碼對代碼進行動態的優化對優化的代碼采取/的策略從理論上講程序運行的時間越長代碼就越優化其結構圖如下
  其優點是適應性優化技術充分利用了程序執行時的信息發行程序的性能瓶頸從而提高程序的性能其缺點是在進行優化時可能會選擇不當發而降低了程序的性能
  其主要產品又IBMSUN的HotSpot
  d) 動態優化提前編譯為機器碼的技術(Dynamic OptimizationAhead Of Time)
  動態優化技術充分利用了JAVA源碼編譯字節碼編譯動態編譯和靜態編譯的技術其輸入時JAVA的原碼或字節碼而輸出是經過高度優化的可執行代碼和個來動態庫的混合(Window中是DLL文件UNIX中是共享庫a so文件)其結構如下
  其優點是能大大提高程序的性能缺點是破壞了JAVA的可移植性也對JAVA的安全帶來了一定的隱患
  其主要產品是TowerJ

From:http://tw.wingwit.com/Article/program/Java/hx/201311/26200.html
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