java性能优化

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     在项目压测过程中,发现系统占用,上下文切换非常频繁,在此记录下调优过程,希望对后来人有所帮助。

测试方法:模拟客户端实际操作,向服务器高并发发送数据,查看服务器的负载情况。

服务器基本配置如下

 

1,基本性能监控工具 top

1) top 使用方式1   top

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通过top命令,java应用负载极高,系统调用极高(系统调用43% ,而用户调用只有35%),cpu的大部分资源都被系统消耗了,说明系统某部分存在极不合理的地方。

2) top 使用2;输入top后 按1,查看cpu各个核的使用情况

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这个图说明了 cpu使用分布情况还不错,即程序线程池配置目前没有出现问题,如果出现单个cpu,或者几个cpu 100%,其他空闲的情况,说明线程分配不合理,无法充分利用cpu多核能力。

3) top 使用 3,查看到底是什么线程在忙碌top -Hp 25994

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如果你仔细观察就会发现一个有趣的现象,那就是好多线程id就像新出的人民币一样,是连着号的,一般来说,他们属于一组线程。

找到忙碌的线程,那么如何才能映射到java应用中我们自己定义的线程呢?步骤如下

a. jstack 25994 >1  java线程dump出来

b. 将上图pid列的数字转换成16进制 比如26157   16进制为0x662d

c. more 1 。然后搜索662d

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找到了,通过线程名字,可以得出,当前网络层目前比较忙碌。

注意:给线程起一个好名字非常重要,否则你刀磨的再快,命令玩儿的再溜,依然砍不到人。

2vmstat命令 执行vmstat 1 20查看大约20次数据

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从这个图上,我们能够看出至少三个方面的问题

1) 内核调用 达到50%左右,非常高

2) 上下文切换过于频繁,每秒达90000次左右

3) 调度队列线程积压  此刻的系统已经非常慢了。

3pidstat命令 

查看上下文切换(pidstat 命令属于sysstat组件的内容,需要自行安装

pidstat -wt -p 25994  1 10 查看10

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第一列为线程id

第二列为主动上下文切换

第三列为被动上下文切换

一般来说,我们认为,线程被动上下文切换是正常的,而主动切换可能是发生了io、锁等情况。对于如此频繁的上下文切换,我们需要多dump几次线程,看看如上的线程到底在做什么,dump方法以及操作系统线程id如何映射到java线程,参见上文top -Hp命令。

查看 java线程dump文件,得到如下有效数据

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应用程序频繁调用 netty 的 writeAndFlush 方法,从调用栈中我们看到:这个方法实际上是执行了一个系统调用,用于唤醒selectable(多重复用)阻塞线程。

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netty的读写线程在频繁的与操作系统交互写数据。

综上,我们大概得到了两个结论:

1,应用频繁的调用nettywriteAndFlush方法,这可能会产生大量的系统调用.

2netty频繁的与操作系统交互进行io操作。上文说过,io操作可能会导致线程主动切换上下文。

于是乎,两个优化思路也呼之欲出,如果writeAndFlush方法会产出大量的中断,那么netty还有没有提供其他的方法?第二个问题,io操作太过频繁,那么可不可以把消息稍微合并一下以减少io的频繁度呢?(当然这种思路需要结合实际项目,我们项目的特点是小包特别频繁)。沿着这两个思路,重新查看了netty相关部分的源码,幸运的是找到了突破口,

 

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这两个方法天生就是一起用的,write方法可以先把数据记到内存中,等随后的flush操作把内存中所有的数据一次刷新到操作系统中。这种操作完全符合预期,即避免了系统调用,用完成了数据的 打包,美妙的是这种打包对应用而言是透明的。

调用改进策略

对于消息的发送,我们封装了统一接口,如下

 

这个接口被大量调用,分布于应用的各个“角落”,改变每一个调用显然是不可能的。并且,应用层是无法明确知道在何时让消息“等一会”再统一发送出去的。换句话说,就是在不改变现有调用的情况下,将这种优化“神不知鬼不觉”的添加进去。根据我们的线程分配策略,我的解决思路是在一次线程调用结束后统一发送本次调用所有消息。即将需要发送消息的Channel先存在ThreadLocal中,然后,统一操作代码片段如下

① 按线程存储 channel集合

 

② 设置开关,有些线程不需要做合并

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③ 发消息时,只需要把开启这个功能的channel存起来即可。

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④ 消息统一发送

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有效代码不超过20行,然后我们看一下结果vmstat 1

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为方便观察结果,我把上图贴下来一起对比

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系统调用,上下文切换,调用队列三项指标都有显著的改善,cpu使用率提升了20%左右(观察上图的id列,下图的空闲百分比为10%左右,而上图在30%左右)。

总结:操作系统自身提供的工具,有着无与伦比的威力,再结合jdk提供的几个常用命令,如jstack(线程)、jmap(内存)、jstat(垃圾回收)等,能够帮助快速帮助我们定位问题。一般来说,操作系统监控命令能够帮助我们确定,应用到底有没有问题(诸如,cpu使用率、内存占用情况、网络、磁盘、调度队列等等),jdk工具能够进一步帮助我们定位问题出现在哪(线程分配、jvm堆大小配置、等等)。

 

 

 

 

 

 

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