java系统性能优化实战读书学习
一、java代码优化
1.方返参数与返回值不使用Map结构，很难理解，后期参数变化很容易发生故障
2.Integer类型与字符串拼接时容易产生性能损耗，如area.getProvinceId+"#",编译后的代码为StringBuilder拼接，拼接Integer值时进行toString操作需要转换
成char数组，需要知道数组的长度进行stringSize进行循环操作，另外在append的时候也有一些性能损耗如：ensureCapacityInternal方法对buf进行扩容操作
在使用字符串拼接标识key时比使用对象作为key性能会差好几倍
3.计时使用System.nanoTime（）用纳秒计是，比使用System.currentTimeMillis毫秒更准确，执行时对系统影响更小
4.使用jvisualvm了解应用运行时虚拟机内部的情况
5.使用jmh进行基准测试,jmh针对细粒度具体的代码块算法等进行压力测试
二、字符串和数字操作
1.String不可变、针对字符串进行subString、concat、replace都是通过char[]数组构造新的字符串
2.通过字符串构造字符串性能>char[]>byte[],通过byte构造字符串涉及到转码对cpu进行消耗，在涉及传输字段时尽量使用long,int等能不用字符串不用字符串
3.字符串拼接优化
String a="hello";
String b="world";
String str = a+b;
虚拟机会编译成如下代码：
String str=new StringBuilder().append(a).append(b).toString();
但是以下写法不会进行jit优化，性能低于上面代码
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append(a);
sb.append(b);
4.字符串格式化如：
Formatter有强大的功能，每次都需要对输入的类型为字符串的format参数进行预编译操作，预编译成某个中间格式，再进行输出，效率非常低
String formatString = "hello %s, nice to meet you";
String value = String.format(formatString, para);
//字符串拼接的性能要高于格式化，另外使用日志框架如slf4j使用了类似messageFormat方式性能较差
//sl4j影响性能的另外一个地方在于当输入参数是3个以上时，会使用可变数组，构造完毕后才会调用debug方法，性能也略有下降
logger.debug("参数 {}", "abc");
5.String.indexOf(‘t’)性能好于String.indexOf(“t”)即接收char性能高于接收String ,contains方法比matcher性能高
6.使用正则预先编译后再使用能提高一些性能：
Pattern pattern = Pattern.compile("120");
String str = pattern.matcher(this.str).replaceAll("199")
7.intern方法调用是一个耗时的操作，使用-xx:+UseG1GC -XX:+UseStringDeduplication，虚拟机将尝试在垃圾收集过程中消除重复的字符串
8.使用前缀树对输入的内容进行过滤比使用replace替换效率高
9.List list = new ArrayList<>(),list.add(1);int自动装箱成Integer,装箱对性能影响并不是很大，但创建过多的对象会加大垃圾回收的负担，有很多开源工具提供了避免自动装箱的int专有集合类，如开源的工具jodd提供了IntHashMap、IntArrayList类，JDK提供了IntSTream
10.浮点型变量在进行计算的时候会出现丢失精度问题。通常有两个方法解决，一是使用Long表示帐户余额（以分为单位），二是使用BigDecimal来解决这类问题，注意使用BigDecimal要使用字符串来构造才能保证精度不丢失，在跨服务访问中最好使用long
三、并发编程和异步编程
1.SimpleDateFormat线程不安全，如format中calendar.setTime(date),因为calendar为类变量，所以在多线程情况下会出问题，线程1设置date为2020-11-11，线程2设置date为2020-12-22，并发情况下线程1和线程二的结果错乱
2.意指令重排序问题，另外需要考虑内存可见性、多核系统，线程对变量的修改是在工作缓存中操作的，并没有刷新到内存，因为其他线程对变量讯取不一定是修改后的。
3.主内存与工作内存是抽象概念，对java来说，主内存指的是堆内存，工作内存指的是CPU的寄存器或高速缓存
4.synchronized是java内置锁，使用时有如下缺点：
- 线程获取锁的时候可能无限期待待，不能设置超时
- 使用synchronized的代码块不能中断
- 无法获取在等待锁的信息，比如等待锁的数量、等待的是哪些线程、各自等待了多长时间
5.ThreadPooExecutor使用BlockingQueue保存任务该队列和线程大小有如下交互：
如果当前线程数小于核心线程数，则Executor会创建线程用于执行任务，而不会把任务交给队列；如果当前线程数大于核心线程数，则Executor会把任务交给队列，而不会创建线程。最糟糕的情况是，如果任务无法进入队列，并且当前线程数小于最大线程数，则会创建线程用于执行任务；如果任务无法进入队列，且当前线程数大于最大线程数，则该任务会被拒绝
6.thenCombine方法会把两个CompletionStage的任务完成后，再把两个任务的结果一起交给thenCombine来处理，如：future1.thenCombine(future2, new BiFunction
thenAccept系列方法可以用于接收CompletableFuture任务的处理结果
thenRun与thenAccept一样，但不关心上一个任务的执行结果
四、代码性能优化
1.int转string是一个耗时操作，可以在代码中实现一个CommonUtil使用数组按int值作为下标缓存1024个转好的String的字符串类型数字
2.native方法System.arraycopy,IdentityHashMap(判断Map中的两个key是否相等时，只通过==来判断，而不通过equals，也就是说，如果两个key相同，那么这两个key必须是同一个对象。)
3.SimpleDateFormat是线程不安全的，可以写一个CommonUtil 使用ThreadLocal缓存格式化模板
jdk8提供了线程安全的DateTimeFormatter可以使用
DateTimeFormatter format = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd")
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
String str = format.format(now)
4.在条件判断中，如果有较多分支的判断，switch语句通常比if语句效率更高，if语句每次取出变量进行比较，而switch语句只需要取出一次变量，通过tableswitch即按数组的方式进行索引，如果变量范围过大则使用lookup switch取代即会逐个寻找分支或使用二分法查找
5.优先使用局部变量，当存取类变量的时候，java使用虚拟机指令GETFIELD获取类变量，如果存取方法的变量，则通过出栈操作获取变量，GETFIELD从Heap中取值，速度较慢，而出栈速度快
6.预处理指对于反复调用的代码，可以尝试提取出公共的只读代码块，处理一次并保留处理结果，反复调用的时候，直接引用处理结果即可，这样避免每次都处理公共内容
7.预分配,如：Arrays.copys等提前分配数组长度等内存
8.预编译，如日志框架中使用的{}占位符
9.谨慎使用Exception,返回异常码比抛出异常性能高出四个数量级，主要是消耗在构造异常栈的fillInStackTrace是一个Native方法，虚拟机会对某个方法频繁抛出某些异常做FastThrow异常栈信息不会被填写，以下异常会使用FastThrow来进行优化
- NullPointerException
- ArithmeticException
- ArrayIndexOutOfBoundsExeption
- ArrayStoreException
- ClassCastException
这种优化提高了性能，但会导致异常栈丢失，定位不到错误的代码，避免这种优化可以通过虚拟机参数-XX:-OmitStackTraceInFastThrow
10.批处理：jdbc批处理操作
11.展开循环
12.静态方法调用，在Java中，实例方法需要维护虚方法表以支持多态，相比静态方法，调用实例方法会有额外的查询虚方清的开销，可以使用类名.静态方法进行静态方法调用
13.EnumMap是键值为枚举类型的专用Map实例，与HashMap相比，有较快的存取速度
14.位运算
15.通过Method是一个耗时操作，也可以预先保存Method,声明一个Map作为缓存
Map> caches = new ConcurrentHashMap<>();
另一种高效方式使用LambdaMetafactory进行反射访问对象属性值
16.压缩，微服务之间传数据最好使用压缩后的数据，可以对key压缩或值使用int代替，另外可以使用zip、gzip等方式压缩
17.可变数组，针对可变参数字节码实际上构造了一个新的数组，对性能有一定的影响
18.System.currentTimeMills();返回的精度与指定操作系统有关，比如在windows中可能有10ms差距，在精确计时的情况下使用System.nanoTime()方法
19.在Jdk7之前使用java.util.Random生成伪随机数，如果设置固定种子，那么生成的随机数也是固定的，Random是线程安全的，多线程同时计算随机会数会出现线程竞争，JDK7提供了ThreadRandom在多线程场景下提供了高性能伪随机数的生成
20.错误的优化策略，针对至今在网上出现的错误的优化策略纠正
- final无法帮助内联 ，早期版本中final可以提醒虚拟机进行内联，但是现在是否内联已经不需要final
- subString内存泄漏，较早的性能优化书中指出subString容易造成内存泄漏，主要原因是jdk的subString方法会复用String数组，并没有为新的字符串竹成一个新的char数组,如果原来的String特别长，那么新返回的String所占用的空间特别大，Jdk6以后已经取消了subString复用的char数组，而是改成重新生成一个数组
- 循环优化，外小内大与外大内小由于有了JIT会做Dead-Code消除，消除了循环体，导致结果测试不准，实际使用JMH测试，会发现嵌套循环结果一样
- 循环中捕捉异常，在循环体中捕捉异常实际上没有什么影响，捕获异常不需要考虑在循环体外还是体内
五 高性能工具
1.高速缓存Caffeine,高性能、高命中率，不是分布式缓存 、不支持持久化，三种淘汰策略：基于大小、基于时间、基于引用，statistics统计信息可以让用户实时监控缓存的健康状态cache.stats();
2.映射工具Selma
通过getset手动复制对象及属性容易忘记，通过jdk对象的序列化和反序列化性能糟糕，Selma是一款高效的对象复制和属性映射工具，会在编译时生成对象复制代码,不过已经习惯使用mapstruct了
3.Json工具jackson
springboot内置的Json序列化反序列化工具使用的是Jackson，三种使用方式
- DataBind，将Pojo序列化成Json或反列化成Pojo
- 采用树遍历，JSON被读入JsonNode对象，可以像操作XMLDOM那样读取JSON
- 采用JsonParser来解析JSON,解析的结果是一串Tokens，采用JsonGenerator来生成Json
对象如果是第三方提供的，无法在源码中添加注解，则可以为这些对象定义JsonSerializer并注册到ObjectMapper
对于反序列化成集合，需要告诉JackSon集合类型如
JavaType type = getCollectionType(List.class, User.class)
List listUser = objectMapper.readValue(jsonInput, type);
constructParametricType方法允许构造复杂的泛型类型描述。
List> 使用constructParametricType(List.class,Set.class,User.class);
Map使用constructParametricType(Map.class,String.class,User.class);
4.HikariCP
使用了ConcurrentBag内部构造了sharedList和threadList，优先从threadList中查找可用的Connection，如果没有,那么再从sharedList中查找可用的Connection,如果还没有则等待handoffQueue提供一个
private final CopyOnWriteArrayList sharedList;
private final ThreadLocal> thradList;
private final SynchronousQueue handoffQueue;
使用了ThreadLocal和CopyOnWriteArrayList在很多情况下避免了锁竟争
5.MessagePack
通常用来代替JSON,可以高效地传输数据和存储数据，它比JSON更紧凑，是一种二进制序列格式，编码更精简高效主要用于
- 存在于Redis、Memcache中，因为比JSON小，可以节省内存
- 持久化到数据库（NoSQL）中
由于具备一定的压缩功能有一定的性能消耗
6.ReflectASM
一个非常小的ReflectASM，通过代码生成来提供高性能的反射处理，自动为get/set字段提供访问类，访问类使用字节码操作而不是java的反射技术，因此速度非常快，为了获得更好的性能推荐使用方法名对应的下标来访问方法：
int methodIndex = methodAccess.getIndex("getName");
name = (String) methodAccess.invoke(animal, methodIndex)
FieldAccess只能访问public protected package访问权限字段 ，如果想访问私用字段 ，则可以使用反射功能先放开权限
Field field = Animal.class.getDelcaredField("id");
//开放访问权限
field.setAccessible(true)
//创建一个Animal对象
Animal animal = new Animal();
//设置属性(int)
field.set(animal, 12)