一、哪些因素會(huì)成為系統(tǒng)的瓶頸

• CPU：如果存在大量的計(jì)算，他們會(huì)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的占用CPU資源，導(dǎo)致其他資源無(wú)法爭(zhēng)奪到CPU而響應(yīng)緩慢，從而帶來(lái)系統(tǒng)性能問(wèn)題，例如頻繁的FullGC，以及多線(xiàn)程造成的上下文頻繁的切換，都會(huì)導(dǎo)致CPU繁忙，一般情況下CPU使用率<75%比較合適。
• 內(nèi)存：Java內(nèi)存一般是通過(guò)jvm內(nèi)存進(jìn)行分配的，主要是用jvm中堆內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)Java創(chuàng)建的對(duì)象。內(nèi)存的讀寫(xiě)速度非?？?，但是內(nèi)存空間又是有限的，當(dāng)內(nèi)存空間被占滿(mǎn)，對(duì)象無(wú)法回收時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出或內(nèi)存泄漏。
• 磁盤(pán)I/O：磁盤(pán)的存儲(chǔ)空間要比內(nèi)存存儲(chǔ)空間大很多，但是磁盤(pán)的讀寫(xiě)速度比內(nèi)存慢，雖然現(xiàn)在引入SSD固態(tài)硬盤(pán)，但是還是無(wú)法跟內(nèi)存速度相比。
• 網(wǎng)絡(luò)：帶寬的大小，會(huì)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)有很大影響，當(dāng)并發(fā)量增加時(shí)，網(wǎng)絡(luò)很容易就會(huì)成為瓶頸。
• 異常：Java程序，拋出異常，要對(duì)異常進(jìn)行捕獲，這個(gè)過(guò)程要消耗性能，如果在高并發(fā)的情況下，持續(xù)進(jìn)行異常處理，系統(tǒng)的性能會(huì)受影響。
• 數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)的操作一般涉及磁盤(pán)I/O的讀寫(xiě)，大量的數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)操作，會(huì)導(dǎo)致磁盤(pán)I/O性能瓶頸，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)操作延遲。

當(dāng)在并發(fā)編程的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用多線(xiàn)程操作同一個(gè)資源，這個(gè)時(shí)候?yàn)榱吮ＷC數(shù)據(jù)的原子性，就要使用到鎖，鎖的使用會(huì)帶來(lái)上下文切換，從而帶來(lái)性能開(kāi)銷(xiāo)，在JDK1.6之后新增了偏向鎖、自旋鎖、輕量級(jí)鎖、鎖粗化、鎖消除。

二、哪些指標(biāo)做為衡量系統(tǒng)的性能

1.RT響應(yīng)時(shí)間

• 數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)時(shí)間，即數(shù)據(jù)庫(kù)操作的時(shí)間
• 服務(wù)端響應(yīng)時(shí)間，服務(wù)端包括Nginx分發(fā)的請(qǐng)求所消耗的時(shí)間及服務(wù)端程序執(zhí)行所消耗的時(shí)間。
• 網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)硬件需要對(duì)傳輸?shù)恼?qǐng)求進(jìn)行解析所消耗的時(shí)間
• 客戶(hù)端響應(yīng)時(shí)間，一般Web、App客戶(hù)端，消耗時(shí)間可以忽略不計(jì)，但是如果客戶(hù)端存在大量的邏輯處理，消耗的時(shí)間有能能就會(huì)變長(zhǎng)。

2.TPS吞吐量

• 磁盤(pán)吞吐量：IOPS（Input/Output Per Second）每秒的輸入輸出量，這種是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能處理的I/O請(qǐng)求數(shù)量，I/O請(qǐng)求通常為讀或?qū)憯?shù)據(jù)操作請(qǐng)求，關(guān)注隨機(jī)讀寫(xiě)性能，適用于隨機(jī)讀寫(xiě)頻繁的應(yīng)用，如小文件存儲(chǔ)，郵件服務(wù)器。數(shù)據(jù)吞吐量，這種是單位時(shí)間可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，對(duì)于大量順序讀寫(xiě)頻繁的應(yīng)用，傳輸大量連續(xù)數(shù)據(jù)，例如視頻編輯。
• 網(wǎng)絡(luò)吞吐量：指網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)沒(méi)有丟幀的情況下，設(shè)備能夠接受的最大數(shù)據(jù)速率。網(wǎng)絡(luò)吞吐量不僅跟帶寬有關(guān)系，還跟CPU處理能力、網(wǎng)卡、防火墻、以及I/O等緊密聯(lián)系，吞吐量的大小由網(wǎng)卡的處理能力、內(nèi)部程序算法以及帶寬大小決定。

3.資源使用率

• CPU使用率，首先可以先了解CPU的基本信息，包括物理CPU的個(gè)數(shù)、單個(gè)CPU的核數(shù)，然后可以通過(guò)命令查看使用率，vmstat、mpstat、top
• 內(nèi)存使用率，free -m、vmstat、top
• 磁盤(pán)I/O， iostat、 iotop
• 網(wǎng)絡(luò)I/O，netstat、ifconfig、tcpstat

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三、性能測(cè)試注意的問(wèn)題

我們?cè)谧鲂阅軠y(cè)試的時(shí)候，系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)越來(lái)越快，后面的訪問(wèn)速度比我們第一次訪問(wèn)的速度快了好幾倍，這是因?yàn)镴ava語(yǔ)言編譯的順序是，.java文件先編譯為.class文件，然后通過(guò)解釋器將.class的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成本地機(jī)器碼后，才能運(yùn)行。

為了節(jié)約內(nèi)存和執(zhí)行效率，代碼最初被執(zhí)行時(shí)，解釋器會(huì)率先解釋執(zhí)行這段代碼。隨著代碼被執(zhí)行的次數(shù)增多，虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法或代碼運(yùn)行的特別頻繁，就被認(rèn)定為熱點(diǎn)代碼（Hot Spot Code）。

為了提高熱點(diǎn)代碼的執(zhí)行效率，在運(yùn)行時(shí)虛擬機(jī)將會(huì)通過(guò)即時(shí)編譯器（JIT）把這些代碼編譯成為本地平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器碼，然后儲(chǔ)存在內(nèi)存中，之后每次運(yùn)行代碼時(shí)，直接從內(nèi)存中獲取。這樣就會(huì)導(dǎo)致第一次系統(tǒng)運(yùn)行慢，后面訪問(wèn)的速度快幾倍。

在做性能測(cè)試的時(shí)候，每次測(cè)試處理的數(shù)據(jù)集都是一樣的，但是結(jié)果卻有差異，這是因?yàn)闇y(cè)試時(shí)，伴隨著很多不穩(wěn)定因素，比如機(jī)器其他進(jìn)程的影響、網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)以及每個(gè)階段JVM垃圾回收的不同等。我們可以通過(guò)多次測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果求平均，只要保證平均值在合理范圍之內(nèi)，并且波動(dòng)不是很大，這種情況，性能測(cè)試就算通過(guò)。

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四、定位性能問(wèn)題的時(shí)候，可以使用自下而上的策略分析排查

當(dāng)我們進(jìn)行壓測(cè)之后，我們會(huì)輸出一份性能測(cè)試報(bào)告，其中包括，RT、TPS、TP99，被壓服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、I/O，以及JVM的GC頻率。通過(guò)這些指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)性能瓶頸，我們可以采用自下而上的方式進(jìn)行分析。

1. 首先從操作系統(tǒng)層面，查看系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存、I/O、網(wǎng)絡(luò)的使用率是否異常，再通過(guò)命令查找異常日志，最后通過(guò)日志分析，找到導(dǎo)致瓶頸的問(wèn)原因。

2. 還可以從Java應(yīng)用的JVM層面，查看JVM的垃圾回收頻率以及內(nèi)存分配情況是否存在異常，分析垃圾回收日志，找到導(dǎo)致瓶頸的原因。

3. 如果系統(tǒng)和JVM層面都沒(méi)有出現(xiàn)異常情況，然后可以從應(yīng)用服務(wù)業(yè)務(wù)層查看是否存在性能瓶頸，例如，Java編程問(wèn)題，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)瓶頸等。

五、優(yōu)化性能問(wèn)題的時(shí)候，可以使用自上而下的策略進(jìn)行優(yōu)化

整體的調(diào)優(yōu)順序，我們可以從業(yè)務(wù)調(diào)優(yōu)到編程調(diào)優(yōu)，最后再到系統(tǒng)調(diào)優(yōu)。

1.應(yīng)用層調(diào)優(yōu)

首先是優(yōu)化代碼，代碼問(wèn)題往往會(huì)因?yàn)橄南到y(tǒng)資源而暴漏出來(lái)，例如代碼導(dǎo)致內(nèi)存溢出，使JVM內(nèi)存用完，而發(fā)生頻繁的FullGC，導(dǎo)致CPU偏高。

其次是優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是優(yōu)化業(yè)務(wù)層和中間件層代碼，例如可以采用代理模式，放在頻繁調(diào)用的創(chuàng)建對(duì)象的場(chǎng)景里，共享一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象，減少創(chuàng)建對(duì)象的消耗。

再次是優(yōu)化算法，選擇合適的算法降低時(shí)間復(fù)雜度。

2.中間件調(diào)優(yōu)：MySQL調(diào)優(yōu)

1）表結(jié)構(gòu)與索引優(yōu)化

主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及索引設(shè)置維度進(jìn)行的優(yōu)化，設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)的時(shí)候，考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的水平與垂直的拓展能力，提前規(guī)劃好將來(lái)數(shù)據(jù)量、讀寫(xiě)量的增長(zhǎng)，規(guī)劃好分庫(kù)分表方案。對(duì)字段選擇合適的數(shù)據(jù)類(lèi)型，優(yōu)先選用較小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2）SQL語(yǔ)句優(yōu)化

主要是對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行的優(yōu)化，使用explain來(lái)查看執(zhí)行計(jì)劃，來(lái)查看是否使用了索引，使用了哪些索引。也可以使用Profile命令分析語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程中各個(gè)分步的耗時(shí)。

3）MySQL參數(shù)優(yōu)化

主要是對(duì)MySQL服務(wù)的配置進(jìn)行優(yōu)化，例如連接數(shù)的管理，對(duì)索引緩存、查詢(xún)緩存、排序緩存等各種緩存大小進(jìn)行優(yōu)化

4）硬件及系統(tǒng)配置

對(duì)硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，例如調(diào)整操作系統(tǒng)參數(shù)、禁用swap、增加內(nèi)存、升級(jí)固態(tài)硬盤(pán)。

3.系統(tǒng)調(diào)優(yōu)

首先是操作系統(tǒng)調(diào)優(yōu)，Linux操作的內(nèi)核參數(shù)設(shè)置可以進(jìn)行調(diào)優(yōu)，已達(dá)到提供高性能的目的。

其次，JVM調(diào)優(yōu)，設(shè)置合理的JVM內(nèi)存空間，以及垃圾回收算法來(lái)提高性能，例如，如果業(yè)務(wù)邏輯會(huì)創(chuàng)建大對(duì)象，我們就可以設(shè)置，將大的對(duì)象直接放到老年代中，這樣可以減少年輕代頻發(fā)發(fā)生YongGC，減少CPU的占用時(shí)間。

4.調(diào)優(yōu)的策略

首先是時(shí)間換取空間，有的時(shí)候系統(tǒng)對(duì)查詢(xún)速度要求不高，對(duì)存儲(chǔ)空間要求較高，這個(gè)時(shí)候我們可以考慮用時(shí)間換取空間。

其次是空間換取時(shí)間，用存儲(chǔ)空間提升訪問(wèn)速度，典型的就是MySQL的分庫(kù)分表策略，MySQL表單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)千萬(wàn)以上的時(shí)候，讀寫(xiě)性能就會(huì)下降，這個(gè)時(shí)候我們可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，以達(dá)到查詢(xún)的時(shí)候，每個(gè)表的數(shù)據(jù)是少量的，以達(dá)到提升性能的目的。

5.兜底策略

系統(tǒng)調(diào)優(yōu)后，仍然還會(huì)存在性能問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候我們需要有兜底策略， 首先是限流，對(duì)系統(tǒng)的入口設(shè)置最大訪問(wèn)限制，同時(shí)采取斷熔措施，返回沒(méi)有成功的請(qǐng)求。其次是橫向擴(kuò)容，當(dāng)訪問(wèn)量超過(guò)某一個(gè)閾值時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)橫向增加服務(wù)。

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