程序员笔记|编写高性能的Java代码需要注意的4个问题

一、并发

Unable to create new native thread ……

问题1：Java中创建一个线程消耗多少内存？

每个线程有独自的栈内存，共享堆内存

问题2：一台机器可以创建多少线程？

CPU，内存，操作系统，JVM，应用服务器

我们编写一段示例代码，来验证下线程池与非线程池的区别：

//线程池和非线程池的区别 public class ThreadPool { public static int times = 100;//100,1000,10000 public static ArrayBlockingQueue arrayWorkQueue = new ArrayBlockingQueue(1000); public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, //corePoolSize线程池中核心线程数 10, 60, TimeUnit.SECONDS, arrayWorkQueue, new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() ); public static void useThreadPool() { Long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < times; i++) { threadPool.execute(new Runnable() { public void run() { System.out.println("说点什么吧..."); } }); } threadPool.shutdown(); while (true) { if (threadPool.isTerminated()) { Long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start); break; } } } public static void createNewThread() { Long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < times; i++) { new Thread() { public void run() { System.out.println("说点什么吧..."); } }.start(); } Long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start); } public static void main(String args[]) { createNewThread(); //useThreadPool(); } } 

启动不同数量的线程，然后比较线程池和非线程池的执行结果：

	非线程池	线程池
100次	16毫秒	5ms的
1000次	90毫秒	28ms
10000次	1329ms	164ms

结论：不要new Thread()，采用线程池

非线程池的缺点：

• 每次创建性能消耗大

• 无序，缺乏管理。容易无限制创建线程，引起OOM和死机

1.1 使用线程池要注意的问题

避免死锁，请尽量使用CAS

我们编写一个乐观锁的实现示例：

public class CASLock { public static int money = 2000; public static boolean add2(int oldm, int newm) { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (money == oldm) { money = money + newm; return true; } return false; } public synchronized static void add1(int newm) { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } money = money + newm; } public static void add(int newm) { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } money = money + newm; } public static void main(String args[]) { Thread one = new Thread() { public void run() { //add(5000) while (true) { if (add2(money, 5000)) { break; } } } }; Thread two = new Thread() { public void run() { //add(7000) while (true) { if (add2(money, 7000)) { break; } } } }; one.start(); two.start(); try { one.join(); two.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(money); } } 

使用ThreadLocal要注意

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么系统 GC 的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。

我们编写一个ThreadLocalMap正确使用的示例：

//ThreadLocal应用实例 public class ThreadLocalApp { public static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal(); public static void muti2() { int i[] = (int[]) threadLocal.get(); i[1] = i[0] * 2; threadLocal.set(i); } public static void muti3() { int i[] = (int[]) threadLocal.get(); i[2] = i[1] * 3; threadLocal.set(i); } public static void muti5() { int i[] = (int[]) threadLocal.get(); i[3] = i[2] * 5; threadLocal.set(i); } public static void main(String args[]) { for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread() { public void run() { int start = new Random().nextInt(10); int end[] = {0, 0, 0, 0}; end[0] = start; threadLocal.set(end); ThreadLocalApp.muti2(); ThreadLocalApp.muti3(); ThreadLocalApp.muti5(); //int end = (int) threadLocal.get(); System.out.println(end[0] + " " + end[1] + " " + end[2] + " " + end[3]); threadLocal.remove(); } }.start(); } } } 

1.2 线程交互—线程不安全造成的问题

经典的HashMap死循环造成CPU100%问题

我们模拟一个HashMap死循环的示例：

//HashMap死循环示例 public class HashMapDeadLoop { private HashMap hash = new HashMap(); public HashMapDeadLoop() { Thread t1 = new Thread() { public void run() { for (int i = 0; i < 100000; i++) { hash.put(new Integer(i), i); } System.out.println("t1 over"); } }; Thread t2 = new Thread() { public void run() { for (int i = 0; i < 100000; i++) { hash.put(new Integer(i), i); } System.out.println("t2 over"); } }; t1.start(); t2.start(); } public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 1000; i++) { new HashMapDeadLoop(); } System.out.println("end"); } } https://coolshell.cn/articles/9606.html 

HashMap死循环发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：

/HashMap死循环产生的线程栈 Thread-281" #291 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9f5f8de000 nid=0x5a37 runnable [0x0000700006349000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE at java.util.HashMap$TreeNode.split(HashMap.java:2134) at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:713) at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662) at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611) at com.example.demo.HashMapDeadLoop$2.run(HashMapDeadLoop.java:26) 

应用停滞的死锁，Spring3.1的deadlock 问题

我们模拟一个死锁的示例：

//死锁的示例 public class DeadLock { public static Integer i1 = 2000; public static Integer i2 = 3000; public static synchronized Integer getI2() { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return i2; } public static void main(String args[]) { Thread one = new Thread() { public void run() { synchronized (i1) { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (i2) { System.out.println(i1 + i2); } } } }; one.start(); Thread two = new Thread() { public void run() { synchronized (i2) { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (i1) { System.out.println(i1 + i2); } } } }; two.start(); } } 

死锁发生后，我们可以在线程栈中观测到如下信息：

//死锁时产生堆栈 "Thread-1": at com.example.demo.DeadLock$2.run(DeadLock.java:47) - waiting to lock (a java.lang.Integer) - locked (a java.lang.Integer) "Thread-0": at com.example.demo.DeadLock$1.run(DeadLock.java:31) - waiting to lock (a java.lang.Integer) - locked (a java.lang.Integer) Found 1 deadlock. 

1.3 基于JUC的优化示例

一个计数器的优化，我们分别用Synchronized，ReentrantLock，Atomic三种不同的方式来实现一个计数器，体会其中的性能差异

//示例代码 public class SynchronizedTest { public static int threadNum = 100; public static int loopTimes = 10000000; public static void userSyn() { //线程数 Syn syn = new Syn(); Thread[] threads = new Thread[threadNum]; //记录运行时间 long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < threadNum; i++) { threads[i] = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int j = 0; j < loopTimes; j++) { //syn.increaseLock(); syn.increase(); } } }); threads[i].start(); } //等待所有线程结束 try { for (int i = 0; i < threadNum; i++) threads[i].join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("userSyn" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms"); } public static void useRea() { //线程数 Syn syn = new Syn(); Thread[] threads = new Thread[threadNum]; //记录运行时间 long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < threadNum; i++) { threads[i] = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int j = 0; j < loopTimes; j++) { syn.increaseLock(); //syn.increase(); } } }); threads[i].start(); } //等待所有线程结束 try { for (int i = 0; i < threadNum; i++) threads[i].join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("userRea" + "-" + syn + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms"); } public static void useAto() { //线程数 Thread[] threads = new Thread[threadNum]; //记录运行时间 long l = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < threadNum; i++) { threads[i] = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int j = 0; j < loopTimes; j++) { Syn.ai.incrementAndGet(); } } }); threads[i].start(); } //等待所有线程结束 try { for (int i = 0; i < threadNum; i++) threads[i].join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("userAto" + "-" + Syn.ai + " : " + (System.currentTimeMillis() - l) + "ms"); } public static void main(String[] args) { SynchronizedTest.userSyn(); SynchronizedTest.useRea(); SynchronizedTest.useAto(); } } class Syn { private int count = 0; public final static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(0); private Lock lock = new ReentrantLock(); public synchronized void increase() { count++; } public void increaseLock() { lock.lock(); count++; lock.unlock(); } @Override public String toString() { return String.valueOf(count); } } 

结论，在并发量高，循环次数多的情况，可重入锁的效率高于Synchronized，但最终Atomic性能最好。

二、通信

2.1 数据库连接池的高效问题

• 一定要在finally中close连接
• 一定要在finally中release连接

2.2 OIO/NIO/AIO

	OIO	NIO	AIO
类型	阻塞	非阻塞	非阻塞
使用难度	简单	复杂	复杂
可靠性	差	高	高
吞吐量	低	高	高

结论：我性能有严苛要求下，尽量应该采用NIO的方式进行通信。

2.3 TIME_WAIT(client)，CLOSE_WAIT(server)问题

反应：经常性的请求失败

获取连接情况 netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

• TIME_WAIT：表示主动关闭，优化系统内核参数可。

• CLOSE_WAIT：表示被动关闭。

• ESTABLISHED：表示正在通信

解决方案：二阶段完成后强制关闭

2.4 串行连接，持久连接（长连接），管道化连接

结论：

管道连接的性能最优异，持久化是在串行连接的基础上减少了打开/关闭连接的时间。

管道化连接使用限制：

1、HTTP客户端无法确认持久化（一般是服务器到服务器，非终端使用）；

2、响应信息顺序必须与请求信息顺序一致；

3、必须支持幂等操作才可以使用管道化连接.

三、数据库操作

必须要有索引（特别注意按时间查询）

单条操作or批量操作

注：很多程序员在写代码的时候随意采用了单条操作的方式，但在性能要求前提下，要求采用批量操作方式。

四、JVM

4.1 CPU标高的一般处理步骤

• top查找出哪个进程消耗的cpu高
• top –H –p查找出哪个线程消耗的cpu高
• 记录消耗cpu最高的几个线程
• printf %x 进行pid的进制转换
• jstack记录进程的堆栈信息
• 找出消耗cpu最高的线程信息

4.2 内存标高（OOM）一般处理步骤

• jstat命令查看FGC发生的次数和消耗的时间，次数越多，耗时越长说明存在问题；
• 连续查看jmap –heap 查看老生代的占用情况，变化越大说明程序存在问题；
• 使用连续的jmap –histo:live 命令导出文件，比对加载对象的差异，差异部分一般是发生问题的地方。

4.3 GC引起的单核标高

单个CPU占用率高，首先从GC查起。

4.4 常见SY标高

• 线程上下文切换频繁
• 线程太多
• 锁竞争激烈

4.5 Iowait标高

如果IO的CPU占用很高，排查涉及到IO的程序，比如把OIO改造成NIO。

4.6 抖动问题

原因：字节码转为机器码需要占用CPU时间片，大量的CPU在执行字节码时，导致CPU长期处于高位；

现象：“C2 CompilerThread1” daemon，“C2 CompilerThread0” daemon CPU占用率最高；

解决办法：保证编译线程的CPU占比。

作者：梁鑫

来源：宜信技术学院