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【话题讨论+送书福利】Java开发者如何跳出性能陷阱? [复制链接]

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发表于 2021-02-02 10:28 |显示全部楼层
话题背景:

在大数据时代,Java占据了半壁江山。大量的后端应用都基于Java开发。极其丰富的开发资源和社区给予了Java经久不衰的生命力。作为大量后端服务程序的基石,如何能让程序更高效、更稳定的执行便成为了控制企业成本的重要途径。试想,如果我们能将性能提升一倍,那就意味着硬件成本可以减半。而根据过往经验,一个业务功能,在性能优化前后,往往可以有5到10倍的性能提升。为了帮助各位软件开发工程师快速学习程序性能优化相关的技术和方法,机械工业出版社近期出版了《Java程序性能优化实战 》一书。该书重点讨论了Java开发中的一些性能优化方法和技巧。本次活动便是以此为契机,和各位Java开发者就Java程序性能优化的相关话题展开讨论,欢迎大家踊跃发言。


本次话题:

1. 你知道怎么样的代码可以帮助GC减负吗?
2. 程序内存溢出了,应该怎么办?我们应该怎样写代码,才能更好的帮助程序在出问题时,尽快定位问题?
3. 多线程编程总能提高程序性能吗?使用时需要注意什么  ?

活动时间:2021年2月4日-3月1日


本期嘉宾:

葛一鸣:国家认证系统分析师,获得Oracle OCP认证。长期从事Java软件开发,对Java程序设计和JVM有较为深入的研究,对设计模式、人工智能、神经网络和数据挖掘等技术有浓厚兴趣。目前专注于JVM培训,已有上万人的培训经验。


本期奖品:

最佳积极参与经验分享奖5名,奖励价值119元的《Java程序性能优化实战》图书1本。
Java程序性能优化实战
葛一鸣  著
书号:978-7-111-66943-2
印张:27(文前14页,正文418页,广告0页,共432页)
定价:119.00元
上架建议:计算机/Java

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图书购买:

京东:https://item.jd.com/13045724.html
当当:http://product.dangdang.com/29168335.html



图书试读:内容简介+前言+目录    第1-2章(试读) 目录 前言.pdf (344.14 KB, 下载次数: 0)

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发表于 2021-02-02 10:29 |显示全部楼层
欢迎大家踊跃参与 2月份活动哦

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发表于 2021-02-02 10:33 |显示全部楼层
大力支持大力支持大力支持!

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日期:2019-10-10 10:51:15CU大牛徽章
日期:2014-02-21 14:21:56CU十二周年纪念徽章
日期:2020-10-15 16:55:55CU大牛徽章
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日期:2019-10-10 10:51:39CU大牛徽章
日期:2019-10-10 10:55:38季节之章:春
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发表于 2021-02-02 14:36 |显示全部楼层
前端萌新前来支持!

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日期:2017-05-25 14:27:3415-16赛季CBA联赛之深圳
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日期:2020-04-26 16:30:57
发表于 2021-02-02 16:56 |显示全部楼层
1. 你知道怎么样的代码可以帮助GC减负吗?
(1)不要显式调用System.gc()
此函数建议JVM进行主GC,虽然只是建议而非一定,但很多情况下它会触发主GC,从而增加主GC的频率,也即增加了间歇性停顿的次数。
(2)尽量减少临时对象的使用
临时对象在跳出函数调用后,会成为垃圾,少用临时变量就相当于减少了垃圾的产生,从而延长了出现上述第二个触发条件出现的时间,减少了主GC的机会。
(3)对象不用时最好显式置为Null
一般而言,为Null的对象都会被作为垃圾处理,所以将不用的对象显式地设为Null,有利于GC收集器判定垃圾,从而提高了GC的效率。
(4)尽量使用StringBuffer,而不用String来累加字符串
由于String是固定长的字符串对象,累加String对象时,并非在一个String对象中扩增,而是重新创建新的String对象,如Str5=Str1+Str2+Str3+Str4,这条语句执行过程中会产生多个垃圾对象,因为对次作“+”操作时都必须创建新的String对象,但这些过渡对象对系统来说是没有实际意义的,只会增加更多的垃圾。避免这种情况可以改用StringBuffer来累加字符串,因StringBuffer是可变长的,它在原有基础上进行扩增,不会产生中间对象。
(5)能用基本类型如Int,Long,就不用Integer,Long对象
基本类型变量占用的内存资源比相应对象占用的少得多,如果没有必要,最好使用基本变量。
(6)尽量少用静态对象变量
静态变量属于全局变量,不会被GC回收,它们会一直占用内存。
(7)分散对象创建或删除的时间
集中在短时间内大量创建新对象,特别是大对象,会导致突然需要大量内存,JVM在面临这种情况时,只能进行主GC,以回收内存或整合内存碎片,从而增加主GC的频率。集中删除对象,道理也是一样的。它使得突然出现了大量的垃圾对象,空闲空间必然减少,从而大大增加了下一次创建新对象时强制主GC的机会。

2. 程序内存溢出了,应该怎么办?我们应该怎样写代码,才能更好的帮助程序在出问题时,尽快定位问题?
OOM是一种Crash,只要能达成触发条件,就无法阻止发生。OOM主要有两种原因,一种是泄漏(慢性),一种是非泄漏(急性),一般来说只有非泄漏的OOM可以在log里打印异常,泄漏则需要在项目交付之前用Leak Canary检测

3. 多线程编程总能提高程序性能吗?使用时需要注意什么  ?
多线程并发的目标是提升整体性能,但是使用多线程也会造成一些额外的开销,比如线程之间的协调、上下文切换、线程的创建和销毁、线程调度。如果多线程的性能比实现同功能的性能还差,那就是一个很糟糕的并发设计

要想通过多线程并发来获得更好的性能,主要做好两个事情:更有效的利用现有处理资源、在出现新的处理资源时使程序尽可能地利用这些新资源,就是尽可能使CPU处于忙碌状态(并不是做无用功),最终的目标就是对资源充分的利用,充分有效的利用就能发挥资源的最大价值,就能最大的提高性能。比如程序是计算密集型可以通过增加处理器来提高性能,如果一个线程不能使CPU一直处于忙碌状态,那么就应该使用多线程使CPU处于忙碌状态

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日期:2020-10-28 14:09:1215-16赛季CBA联赛之北京
日期:2020-10-28 13:32:5315-16赛季CBA联赛之北控
日期:2020-10-28 13:32:4815-16赛季CBA联赛之天津
日期:2020-10-28 13:13:35黑曼巴
日期:2020-10-28 12:29:1520周年集字徽章-周	
日期:2020-10-31 15:10:0720周年集字徽章-20	
日期:2020-10-31 15:10:07ChinaUnix元老
日期:2015-09-29 11:56:3020周年集字徽章-年
日期:2020-10-28 14:14:56
发表于 2021-02-05 10:19 |显示全部楼层
好书

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2017金鸡报晓
日期:2017-01-10 15:13:2915-16赛季CBA联赛之天津
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日期:2019-08-20 23:06:5319周年集字徽章-庆
日期:2019-08-27 13:24:4219周年集字徽章-19
日期:2019-09-06 18:55:5019周年集字徽章-年
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日期:2019-09-20 17:18:2220周年集字徽章-CU
日期:2020-11-11 13:06:03
发表于 2021-02-07 17:44 |显示全部楼层
1. 你知道怎么样的代码可以帮助GC减负吗?
10W个字符串的拼接,+的性能最差,bytes.NewBuffe性能最好。内存和时间上的差距大概在3个数量级左右。这种字符串拼接的优化,除非你的场景确实存在大量字符串拼接,不然不要使用什么bytes或者strings.join,直接+拼接起来就好了。

2. 程序内存溢出了,应该怎么办?我们应该怎样写代码,才能更好的帮助程序在出问题时,尽快定位问题?
·java.lang.OutOfMemoryError,是指程序在申请内存时,没有足够的内存空间供其使用,出现Out Of Memory Error。
产生该错误的原因主要包括:
JVM内存过小。
程序不严密,产生了过多的垃圾。

解决方法
增加JVM的内存大小
对于tomcat容器,找到tomcat在电脑中的安装目录,进入这个目录,然后进入bin目录中,在window环境下找到bin目录中的catalina.bat,在linux环境下找到catalina.sh。
编辑catalina.bat文件,找到JAVA_OPTS(具体来说是 set "JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% %LOGGING_MANAGER%")这个选项的位置,这个参数是Java启动的时候,需要的启动参数。
也可以在操作系统的环境变量中对JAVA_OPTS进行设置,因为tomcat在启动的时候,也会读取操作系统中的环境变量的值,进行加载。
如果是修改了操作系统的环境变量,需要重启机器,再重启tomcat,如果修改的是tomcat配置文件,需要将配置文件保存,然后重启tomcat,设置就能生效了。

优化程序,释放垃圾
主要思路就是避免程序体现上出现的情况。避免死循环,防止一次载入太多的数据,提高程序健壮型及时释放。因此,从根本上解决Java内存溢出的唯一方法就是修改程序,及时地释放没用的对象,释放内存空间。

·Memory Leak,是指程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。
关于内存泄露的处理页就是提高程序的健壮型,因为内存泄露是纯代码层面的问题。

定位代码,有很多种方法,比如前面通过MAT查看Histogram即可找出是哪块代码。——我以前是使用这个方法。 也可以使用BTrace,我没有使用过。最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用,大多数程序员在使用临时变量的时候,都是让引用变量在退出活动域后,自动设置为 null 。在使用这种方式时候,必须特别注意一些复杂的对象图,例如数组、列、树、图等,这些对象之间有相互引用关系较为复杂。对于这类对象,GC 回收它们一般效率较低。如果程序允许,尽早将不用的引用对象赋为null。

3. 多线程编程总能提高程序性能吗?使用时需要注意什么  ?
采用多线程不会提高程序的执行速度,反而会降低速度,但是对于用户来说,可以减少用户的响应时间。上述结果只是针对单CPU,如果对于多CPU或者CPU采用超线程技术的话,采用多线程技术还是会提高程序的执行速度的。因为单线程只会映射到一个CPU上,而多线程会映射到多个CPU上,超线程技术本质是多线程硬件化,所以也会加快程序的执行速度。
多线程程序需要注意事项:
(1)线程之间的安全性
(2)线程之间的死循环过程
(3)线程太多了会将服务器资源耗尽形成死机宕机

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日期:2015-08-10 02:23:34操作系统版块每日发帖之星
日期:2015-08-13 06:20:002015七夕节徽章
日期:2015-08-21 11:06:1715-16赛季CBA联赛之山西
日期:2016-04-13 02:36:59操作系统版块每日发帖之星
日期:2016-04-14 06:20:00
发表于 2021-02-08 09:30 |显示全部楼层
如果强烈需要考虑性能问题,为啥要选java呢?

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日期:2015-08-24 11:17:25ChinaUnix专家徽章
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发表于 2021-02-09 15:51 |显示全部楼层
1. 你知道怎么样的代码可以帮助GC减负吗?
  (1) 不要显式调用System.gc()
  此函数建议JVM进行主GC,虽然只是建议而非一定,但很多情况下它会触发主GC,从而增加主GC的频率,也即增加了间歇性停顿的次数。
  
  (2) 尽量减少临时对象的使用
  临时对象在跳出函数调用后,会成为垃圾,少用临时变量就相当于减少了垃圾的产生,从而延长了出现上述第二个触发条件出现的时间,减少了主GC的机会。

  (3) 对象不用时最好显式置为Null

  (4) 尽量使用StringBuffer,而不用String来累加字符串
  由于String是固定长的字符串对象,累加String对象时,并非在一个String对象中扩增,而是重新创建新的String对象,如Str5=Str1+Str2+Str3+Str4,这条语句执行过程中会产生多个垃圾对象,因为对次作“+”操作时都必须创建新的String对象,但这些过渡对象对系统来说是没有实际意义的,只会增加更多的垃圾。避免这种情况可以改用StringBuffer来累加字符串,因StringBuffer是可变长的,它在原有基础上进行扩增,不会产生中间对象。
  
  (5) 能用基本类型如Int,Long,就不用Integer,Long对象

  (6 ) 尽量少用静态对象变量
  静态变量属于全局变量,不会被GC回收,它们会一直占用内存。
  
  (7) 分散对象创建或删除的时间
  集中在短时间内大量创建新对象,特别是大对象,会导致突然需要大量内存,JVM在面临这种情况时,只能进行主GC,以回收内存或整合内存碎片,从而增加主GC的频率。集中删除对象,道理也是一样的。它使得突然出现了大量的垃圾对象,空闲空间必然减少,从而大大增加了下一次创建新对象时强制主GC的机会。
2. 程序内存溢出了,应该怎么办?我们应该怎样写代码,才能更好的帮助程序在出问题时,尽快定位问题?
相信有一定java开发经验的人或多或少都会遇到OutOfMemoryError的问题,这个问题曾困扰了我很长时间,随着解决各类问题经验的积累以及对问题根源的探索,终于有了一个比较深入的认识。

在解决java内存溢出问题之前,需要对jvm(java虚拟机)的内存管理有一定的认识。jvm管理的内存大致包括三种不同类型的内存区域:Permanent Generation space(永久保存区域)、Heap space(堆区域)、Java Stacks(Java栈)。其中永久保存区域主要存放Class(类)和Meta的信息,Class第一次被Load的时候被放入PermGen space区域,Class需要存储的内容主要包括方法和静态属性。堆区域用来存放Class的实例(即对象),对象需要存储的内容主要是非静态属性。每次用new创建一个对象实例后,对象实例存储在堆区域中,这部分空间也被jvm的垃圾回收机制管理。而Java栈跟大多数编程语言包括汇编语言的栈功能相似,主要基本类型变量以及方法的输入输出参数。Java程序的每个线程中都有一个独立的堆栈。容易发生内存溢出问题的内存空间包括:Permanent Generation space和Heap space。

第一种OutOfMemoryError: PermGen space
发生这种问题的原意是程序中使用了大量的jar或class,使java虚拟机装载类的空间不够,与Permanent Generation space有关。解决这类问题有以下两种办法:

增加java虚拟机中的XXermSize和XX:MaxPermSize参数的大小,其中XXermSize是初始永久保存区域大小,XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小。如针对tomcat6.0,在catalina.sh 或catalina.bat文件中一系列环境变量名说明结束处(大约在70行左右) 增加一行: JAVA_OPTS=" -XXermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m" 如果是windows服务器还可以在系统环境变量中设置。感觉用tomcat发布sprint+struts+hibernate架构的程序时很容易发生这种内存溢出错误。使用上述方法,我成功解决了部署ssh项目的tomcat服务器经常宕机的问题。
清理应用程序中web-inf/lib下的jar,如果tomcat部署了多个应用,很多应用都使用了相同的jar,可以将共同的jar移到tomcat共同的lib下,减少类的重复加载。这种方法是网上部分人推荐的,我没试过,但感觉减少不了太大的空间,最靠谱的还是第一种方法。
第二种OutOfMemoryError:  Java heap space
发生这种问题的原因是java虚拟机创建的对象太多,在进行垃圾回收之间,虚拟机分配的到堆内存空间已经用满了,与Heap space有关。解决这类问题有两种思路:

检查程序,看是否有死循环或不必要地重复创建大量对象。找到原因后,修改程序和算法。 我以前写一个使用K-Means文本聚类算法对几万条文本记录(每条记录的特征向量大约10来个)进行文本聚类时,由于程序细节上有问题,就导致了Java heap space的内存溢出问题,后来通过修改程序得到了解决。
增加Java虚拟机中Xms(初始堆大小)和Xmx(最大堆大小)参数的大小。如:set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx1024m
第三种OutOfMemoryError:unable to create new native thread
在java应用中,有时候会出现这样的错误:OutOfMemoryError: unable to create new native thread.这种怪事是因为JVM已经被系统分配了大量的内存(比如1.5G),并且它至少要占用可用内存的一半。有人发现,在线程个数很多的情况下,你分配给JVM的内存越多,那么,上述错误发生的可能性就越大。

那么是什么原因造成这种问题呢?

每一个32位的进程最多可以使用2G的可用内存,因为另外2G被操作系统保留。这里假设使用1.5G给JVM,那么还余下500M可用内存。这500M内存中的一部分必须用于系统dll的加载,那么真正剩下的也许只有400M,现在关键的地方出现了:当你使用Java创建一个线程,在JVM的内存里也会创建一个Thread对象,但是同时也会在操作系统里创建一个真正的物理线程(参考JVM规范),操作系统会在余下的400兆内存里创建这个物理线程,而不是在JVM的1500M的内存堆里创建。在jdk1.4里头,默认的栈大小是256KB,但是在jdk1.5里头,默认的栈大小为1M每线程,因此,在余下400M的可用内存里边我们最多也只能创建400个可用线程。

这样结论就出来了,要想创建更多的线程,你必须减少分配给JVM的最大内存。还有一种做法是让JVM宿主在你的JNI代码里边。

给出一个有关能够创建线程的最大个数的估算公式:

(MaxProcessMemory - JVMMemory - ReservedOsMemory) / (ThreadStackSize) = Number of threads
对于jdk1.5而言,假设操作系统保留120M内存:

1.5GB JVM: (2GB-1.5Gb-120MB)/(1MB) = ~380 threads
1.0GB JVM: (2GB-1.0Gb-120MB)/(1MB) = ~880 threads
对于栈大小为256KB的jdk1.4而言,

1.5GB allocated to JVM: ~1520 threads
1.0GB allocated to JVM: ~3520 threads
对于这个异常我们首先需要判断下,发生内存溢出时进程中到底都有什么样的线程,这些线程是否是应该存在的,是否可以通过优化来降低线程数; 另外一方面默认情况下java为每个线程分配的栈内存大小是1M,通常情况下,这1M的栈内存空间是足足够用了,因为在通常在栈上存放的只是基础类型的数据或者对象的引用,这些东西都不会占据太大的内存, 我们可以通过调整jvm参数,降低为每个线程分配的栈内存大小来解决问题,例如在jvm参数中添加-Xss128k将线程栈内存大小设置为128k。
3. 多线程编程总能提高程序性能吗?使用时需要注意什么  ?
(1). 可变状态是至关重要的
    所有的并发问题都可以归结为如何协调对并发状态的访问。可变状态越少, 就越容易确保线程安全性。
(2). 尽量将域声明为final类型,除非需要它们是可变的。
(3). 不可变对象一定是线程安全的。
    不可变对象极大地降低并发编程的复杂性。它们更为简单而且安全,可以任意共享而无须使用加锁或保护性复制等机制。
(4). 封装有助于管理复杂性。
   在编写线程安全的程序时, 虽然可以将所有数据都保存在全局变量中,但不推荐这样做,将数据封装在对象中,更易于维持不变性条件:将同步机制封装在对象中,更易于遵循同步策略。
(5). 用锁来保护每个可变变量。
(6). 当保护同一个不变性条件中的所有变量时,要使用同一个锁。
(7). 在执行复合操作期间,要持有锁。
(8). 如果从多个线程中访问同一个可变变量时没有同步机制,那么程序会出现问题,即非线程安全。
(9). 在设计过程中考虑线程安全,或者在文档中明确地指出它不是线程安全的。
(10). 将同步策略文档化。

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发表于 2021-02-09 15:52 |显示全部楼层
回复 5# 东风玖哥

咱俩找到同一篇文章了,第一题答案一样。
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