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1.总原则
一些正确但稍显废话的原则,但能指导后面每个章节的优化,所以还是要啰嗦一次。
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可扩展性架构,堆机器能不能解决问题是最最优先考虑的问题
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去中心化的点对点通信,优于通过中心代理的通信
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池化的长连接,优于短连接
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二进制数据,优于文本数据
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尽量减少交互,一次调用的粗粒度聚合接口 优于 多次调用的细粒度接口
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尽量减少交互,批量接口 优于 循环调用
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尽量只交互必要的数据
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尽量就近访问
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尽量使用缓存
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总是设定超时
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在合适的场景,并行化执行
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在合适的场景,异步化执行
2.环境准备
保证符合自家各种规范(没有的话赶紧回家写一个),尤其线下压测服务器的配置要与生产环境一致。
2.1 操作系统
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自家规范调优应包含TCP内核参数,网卡参数及多队列绑定,IO&swap内核参数,ulimit资源限制等。
2.2 JVM与应用服务器
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使用JDK7.0 u80 或 JDK8 最新版。
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检查JVM启动参数已按自家规范调优,见《关键业务系统的JVM参数推荐》
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检查应用服务器(Tomcat或微服务容器) 已按自家指南调优,如线程数等。
2.3 周边依赖系统
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检查数据库,缓存,消息系统,已按自家指南调优。
2.4 后台辅助程序
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检查日志收集,系统监控等,已使用最新版本,最优配置。
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最好其最大消耗已被控制(通过cgroup,taskset等方式)。
2.5 测试程序
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压测工具如JMeter,启动参数要参考真实客户端优化(如JVM参数,Netty参数等)。
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测试脚本和客户端程序经过review,不存在影响性能的步骤,不存在System.out.println()等明显的瓶颈。
2.6 流量模型
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扇入模型:平时与高峰期的流量估算,各接口的流量比例,响应时间要求
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扇出模型:各接口对远程服务、数据库、缓存、消息系统的调用比例,响应时间估算,缓存的命中率,击穿时的访问模式。
大家在心里都有这么一个大概的模型,但很少认真写出来。
行文到此,大家大概可以感受到这份checklist的风格,都是大家明白的道理,但可能一时也会忘掉的,这里啰啰嗦嗦的給写下来。
3.数据库
仅以MySQL举例,特别鸣谢,我司DBA,如聂超大侠,文中大量观点均来自他们。
3.1 拓扑
根据扩展性原则考虑:
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垂直拆分:按业务将表拆分到不同的库。
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水平拆分:分表分库。
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读写分离:在业务允许的情况下,在从库读取非实时数据。
3.2 Schema
自家规范应包含:
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统一的存储引擎,主键策略。
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禁用存储过程,函数,触发器,外键约束。
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列类型永远越短越好,建议:布尔/枚举:tinyint,日期与时间戳:timestamp或int,char/text/blob: 尽量用符合实际长度的varchar(n),小数及货币:移位转为int 或 decimal,IP地址:int。
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索引策略:索引字段的顺序需要考虑字段值去重之后的个数,较多的放前面,合理创建联合索引,避免冗余索引,合理利用覆盖索引等。
3.3 SQL
1. 自家规范应包含:
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禁止多于3表的join,禁用子查询
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禁止where子句中对字段施加函数使索引失效,如to_date(add_time)>xxxxx
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不建议使用%前缀模糊查询影响索引使用,模糊查询较多时建议使用ElasticSearch
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避免隐式类型转化,如ISENDED=1 与 ISENDED='1'
根据尽量少数据原则与尽量少交互的原则来设计SQL:
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禁止select *
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复杂度合理的SQL语句,减少交互次数。
根据扩展性原则,将负载放在更容易伸缩的应用服务实例上:
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尽量不要做数学运算,函数运算, 或者输出格式转换等非必要操作
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避免count(*),计数统计实时要求较强使用memcache或者redis,非实时统计使用定时更新的单独统计表。
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甚至排序都是不鼓励的,尽量在应用侧进行。另外避免多余的排序,使用GROUP BY 时,默认会进行排序,当你不需要排序时,可以使用order by null。
2. 联系DBA进行MySQL统计的慢查询的Review,解析SQL查询计划时尽量避免extra列出现:Using File Sort,Using Temporary
3.4 DAO框架
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根据尽量少交互与尽量少数据的原则,需使用对SQL完全可控的DAO框架,建议为MyBatis 或 Spring JDBC Template。
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必须使用prepareStatement,提升性能与防注入。
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根据一切皆有超时的原则,配置SQL执行的超时。可在连接池里设置default值,可在MyBatis的Mapper定义里设置每个请求的超时,可惜规范是秒级的。
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JDBC driver 规范本身不支持异步模式,如果一定要异步,可以像Quasar那样把请求封装成Callable交给另外的线程池执行,但注意其额外开销。
3.5 事务
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不使用事务,连接池设置autocommit,使用其他方式来保持数据一致性。
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通过@Transaction控制事务,事务跨度尽量短,把非事务范围内的业务逻辑剔除到被标注的函数之外。
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只读事务可以不加事务标注。
3.6 连接池
选型:
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在水平分库分表时,根据点对点通信优先的原则,尽量使用客户端分片的实现。功能不满足时才用MyCat中央代理。
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推荐使用性能最高HikariCP,或者Druid,或者Tomcat JDBC,不推荐c3p0与DBCP。
连接池的配置:
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配置连接初始值,再联系DBA获得线上数据库支持的连接数,计算最大连接数。
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连接有效性的检查,只在连接空闲检测时执行,不在获取和归还连接时执行。直接使用数据库的Ping方案,不要配置检查的SQL。
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根据总是设置超时的原则,配置获取连接的超时时间。
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配置合理的空闲连接回收间隔和空闲时间。
4.缓存
4.1 多级缓存
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根据缓存原则, 缓存 > 数据库/远程调用
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根据就近原则, 堆内缓存 > 堆外缓存 > 集中式缓存
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堆内缓存受大小限制,并影响GC
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堆内缓存与堆外缓存,分布在每一台应用服务器上,所以刷新方式比集中式的复杂
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堆外缓存与集中式缓存,需要序列化/反序列化对象
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集中式缓存,有网络传输的成本,特别是数据超过一个网络包的大小。如果一次获取多个键时,在有分区的情况下,更需要收发多个网络包。
使用上述条件选择合适的缓存方案,或同时使用多级缓存,逐层回源。
4.2 公共
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需要对回源进行并发控制,当key失效时,只有单一线程对该key回源。
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基于二进制优于文本数据的原则,JSON的序列化方案较通用与更高的可读性。
而较大,结构较复杂的对象,基于Kyro,PB,Thrift的二进制序列化方案的性能更高,见后面的序列化方案部分。
4.3 堆内缓存
选型:
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推荐Guava Cache。
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Ehcache较重,性能也较差。更不要使用存在严重并发bug的Jodd Cache。
GuavaCache:
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正确设置并行度等参数。
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重载load()函数,实现单一线程回源。
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Guava Cache能在后台刷新,在刷新的过程中,依然使用旧数据响应请求,不会造成卡顿,但需要重载实现reload()函数。
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Guava Cache同时还支持并发安全版的WeakHashMap。
4.4 堆外缓存
选型:
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推荐Cassandra的OHC 或者 OpenHFT的Chronical map2。
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OHC够简单,其实R大不喜欢Chronical,玩的太深,换个JDK都可能跑不起来。
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Chronical map3的license则较不友好,复杂度高且要求JDK8。
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其他如Ehcache的Terracota Offheap 一向不喜欢。
4.5 Memcached
客户端:
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基于点对点通信优于网关的原则,使用客户端一致性哈希分区。
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推荐Spymemcached。 XMemcached 太久没更新,Folsom知名度不高。
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注意Spymemcached为单线程单连接架构(一个SpyClient只有一条IO线程,与每个Memcached只有一条连接),必要时可多建几个SpyClient随机选择,但不要用Commons Pool去封装它,把Spy原本的设计一笔抹杀。
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根据在合适场景使用并发的原则,Spymemcached支持异步API。
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根据一切皆设超时的原则,可在ConnectionFactory中设置最大超时数,默认值两秒半太长。
数据结构:
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Key必须设置失效时间。
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Key必须有长度限制。
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Value长度需要控制,以不超过1个网络包(MTU 1500byte)为佳。
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Value大小差别较大的缓存类型,建议拆分到不同MC集群,否则会造成低使用率并且产生踢出。
4.6 Redis as Cache
Redis拓扑,基于点对点通信优于网关的原则:
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无HA的普通分片:由Jedis客户端完成分片路由。
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Redis Cluster:同样由Jedis客户端封装分区,跳转,重试等逻辑。最好使用最新的Jedis版本,旧版太多bug。
服务端:
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Cache节点与持久化数据节点不要混用。
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Cache节点是否需要持久化要衡量。
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对热键进行监控,发现不合理的热健要进行分拆等处理。
客户端:
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Jedis基于Apache Commons Pool进行了多连接的封装,正确配置总连接数不超过Redis Server的允许连接数。
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性能考虑,空闲连接检查不要过于频繁(建议30秒以上),另不要打开testOnBorrow等测试参数。
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根据一切皆有超时的原则,设定统一的调用超时(默认2秒),获取连接的最长等待时间参数,重试次数。
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根据在合适的地方异步的原则,Jedis本身没有异步API,只在PipleLine模式下支持。
数据结构:
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Key必须设置失效时间。
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Key必须有长度限制。
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Value长度需要控制,以不超过1个网络包(MTU 1500byte)为佳。另外set和sorted的elements不要超过5000个。
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除了使用序列化的String,可以考虑用Hash来存储对象,注意内部结构为ZipList与HashTable时,hmget 与hgetall的不同复杂度。
命令:
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慎用的命令:LANGE(0, -1), HGETALL, SMEMBER
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高复杂度的命令: ZINTERSTORE, SINTERSTORE, ZUNIONSTORE, ZREM
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尽量使用多参数的命令:MGET/MSET,HMGET/HMSET, LPUSH/RPUSH等
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根据减少交互的原则,尽量使用pipeline
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根据减少交互的原则,必要时可使用Redis的Lua脚本
5.服务调用
5.1 接口设计
1. 尽量少交互的原则:
支持批量接口,最大的批量,综合考虑调用者的需求与 后端存储的能力。
支持粗粒度接口,在支持原子细粒度接口的同时,支持粗粒度接口/聚合层接口,将多个数据源的获取,多个动作,合并成一个粗粒度接口。
2. 尽量少数据的原则:
在提供返回所有数据的大接口的同时,提供只提供满足部分调用者需要的轻量接口。
最好再提供能定制返回字段的接口。
3. 二进制数据优于文本数据
同样是一个简单通用性,与性能的选择,特别是大数据量时。
5.2 RESTful
仅以Apache HttpClient为例,大部分Restful框架都是对Apache HttpClient的封装。
另外OkHttp也值得看看。
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不要重复创建ApacheClient实例,使用连接池,正确配置连接池的连接数。
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连接池总是有锁,针对不同的服务,使用不同的Apache HttpClient实例,将锁分散开来。在高并发时比使用全局单例的ApacheClient,有很大的性能提升。
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根据一切调用皆有超时的原则,每次调用均设置超时时间。RequestConfig里共有Connect Timeout, Socket Timout 和 从Pool中获取连接的Timeout三种超时。
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需要异步或并行的场景,使用Apache AsyncHttpClient项目。但要注意AsyncHttpClient项目,检查调用超时的周期默认为1秒。
5.3 自家RPC框架
每家的RPC框架特性不同,但考虑点都类似。
6.消息异步
6.1 选型
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根据就近原则,可以先尝试用JVM内的队列来解决,然后再考虑中央消息系统。
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可靠性要求极高的选择RabbitMQ,可支持单条消息确认。
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海量消息场景,允许极端情况下少量丢失则使用Kafka。
6.2 Kafka
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根据扩展性原则,RabbitMQ本身没有分片功能,但可以在客户端自行分片。
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在同步和异步之间做好权衡,异步批量发送可以极大的提高发送的速度。
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关注消费者如下参数:commitInterval(自动提交offset间隔),prefetchSize(指单次从服务器批量拉取消息的大小),过大和过小都会影响性能,建议保持默认。
6.3 RabbitMQ
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根据扩展性原则,RabbitMQ本身没有分片功能,但可以在客户端自行分片。
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如非必要情况,应该保持默认的同步发送模式。
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关注消费者如下参数:autocommit(自动提交确认,默认false) ,在消息拉取到本地即认为消费成功,而不是真正消费成功后提交。prefetchCount(预取消息条数,默认64条)
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生产者在必要时也可以临时降级不进行confirm。
7. 日志
7.1 综述
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Log4j2或logback,不要再使用Log4j。
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除了应用启停日志,不允许使用超慢的System.out.println() 或 e.printStack();
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严格控制日志量避免过高IO,对海量日志,应该有开关可以动态关停。
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如果可能出现海量异常信息,可仿效JDK的优化,用RateLimiter进行限流,丢弃过多的异常日志。
7.2 内容
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严格控制日志格式,避免出现消耗较大的输出如类名,方法名,行号等。
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业务日志不要滥用toJSONString()来打印对象,尽量使用对象自身的toString()函数,因为JSON转换的消耗并不低。
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在生产环境必定输出的日志,不要使用logger.info("hello {}", name)的模式,而是使用正确估算大小的StringBuilder直接拼装输出信息。
7.3 异步日志
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同步日志的堵塞非常严重,特别是发生IO的时候,因此尽量使用异步日志。
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Logback的异步方案存在一定问题,需要正确配置Queue长度,阀值达到多少时丢弃Warn以下的日志,最新版还可以设置如果队列已满,是等待还是直接丢弃日志。
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如果觉得Logback的异步日志每次插入都要询问队列容量太过消耗,可重写一个直接入列,不成功则直接丢弃的版本。
8. 工具类
8.1 JSON
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使用Jackson 或 FastJSON。GSON的性能较前两者为差,尤其是大对象时。
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超大对象可以使用Jackson或FastJSON的Streaming API进行处理。
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将不需要序列化的属性,通过Annotation排除掉。
FastJson:
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尽量使用最新的版本。
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SerializerFeature.DisableCircularReferenceDetect 关闭循环引用检查。
Jackson:
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设置参数,不序列化为Null的属性,等于默认值的属性。
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除了jackson-databinding,可试用简化版没那么多花样的jackon-jr。
8.2 二进制序列化
需要定义IDL的PB与Thrift,不需要定义的Storm等用的Kyro 都可选择,其他一些比较旧
就算了。
8.3 Bean复制
在VO,BO之间复制时,使用Orika(生成代码) 或 Dozer(缓存反射),不要使用需要每次进行反射的Apache BeanUitls,Spring BeanUtils。
8.4 日期
JDK的日期类与字符串之间的转换很慢且非线程安全。
继续用Date不想大动作的,就用Commons Lang3的FastDateFormat。
能大动作就用joda time的Date,或者JDK8的新日期API。
9.Java代码优化 与 业务逻辑优化
参考《Java调优指南1.8版》,对内存使用,并发与锁等方面进行优化。
规则前置,将消耗较大的操作放后面,如果前面的条件不满足时可。
另外前面提到的一堆原则,比如尽量缓存,尽量少交互,尽量少数据,并行,异步等,都可在此使用。