提升性能 Java程序优化的一些最佳实践

提升性能 Java程序优化的一些最佳实践

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2013-10-10 10:44    来源: 开源中国社区  作者: chape 编辑: 王晓东 0购买

        【IT168 技术】作者通过经历的一个项目实例,介绍Java代码优化的过程,总结了优化Java程序的一些最佳实践,分析了进行优化的方法,并解释了性能提升的原因。作者从多个角度分析导致性能低的原因,并逐个进行优化,最终使得程序的性能得到极大提升,增强了代码的可读性、可扩展性。

  一、衡量程序的标准

  衡量一个程序是否优质,可以从多个角度进行分析。其中,最常见的衡量标准是程序的时间复杂度、空间复杂度,以及代码的可读性、可扩展性。针对程序的时间复杂度和空间复杂度,想要优化程序代码,需要对数据结构与算法有深入的理解,并且熟悉计算机系统的基本概念和原理;而针对代码的可读性和可扩展性,想要优化程序代码,需要深入理解软件架构设计,熟知并会应用合适的设计模式。

  首先,如今计算机系统的存储空间已经足够大了,达到了 TB 级别,因此相比于空间复杂度,时间复杂度是程序员首要考虑的因素。为了追求高性能,在某些频繁操作执行时,甚至可以考虑用空间换取时间。

  其次,由于受到处理器制造工艺的物理限制、成本限制,CPU主频的增长遇到了瓶颈,摩尔定律已渐渐失效,每隔18个月CPU主频即翻倍的时代已经过去了,程序员的编程方式发生了彻底的改变。在目前这个多核多处理器的时代,涌现了原生支持多线程的语言(如Java)以及分布式并行计算框架(如Hadoop)。为了使程序充分地利用多核CPU,简单地实现一个单线程的程序是远远不够的,程序员需要能够编写出并发或者并行的多线程程序。

  最后,大型软件系统的代码行数达到了百万级,如果没有一个设计良好的软件架构,想在已有代码的基础上进行开发,开发代价和维护成本是无法想象的。一个设计良好的软件应该具有可读性和可扩展性,遵循“开闭原则”、“依赖倒置原则”、“面向接口编程”等。

  二、项目介绍

  本文将介绍笔者经历的一个项目中的一部分,通过这个实例剖析代码优化的过程。下面简要地介绍该系统的相关部分。

  该系统的开发语言为Java,部署在共拥有4核CPU的Linux服务器上,相关部分主要有以下操作:通过某外部系统D提供的REST API获取信息,从中提取出有效的信息,并通过JDBC 存储到某数据库系统S中,供系统其他部分使用,上述操作的执行频率为每天一次,一般在午夜当系统空闲时定时执行。为了实现高可用性(High Availability),外部系统D部署在两台服务器上,因此需要分别从这两台服务器上获取信息并将信息插入数据库中,有效信息的条数达到了上千条,数据库插入操作次数则为有效信息条数的两倍。

提升性能 Java程序优化的一些最佳实践_第1张图片


  为了快速地实现预期效果,在最初的实现中优先考虑了功能的实现,而未考虑系统性能和代码可读性等。系统大致有以下的实现:

  • REST API获取信息、数据库操作可能抛出的异常信息都被记录到日志文件中,作为调试用;

  • 共有5次数据库连接操作,包括第一次清空数据库表,针对两个外部系统D各有两次数据库插入操作,这5个连接都是独立的,用完之后即释放;

  • 所有的数据库插入语句都是使用java.sql.Statement类生成的;

  • 所有的数据库插入语句,都是单条执行的,即生成一条执行一条;

  • 整个过程都是在单个线程中执行的,包括数据库表清空操作,数据库插入操作,释放数据库连接;

  数据库插入操作的JDBC代码散布在代码中。虽然这个版本的系统可以正常运行,达到了预期的效果,但是效率很低,从通过 REST API获取信息,到解析并提取有效信息,再到数据库插入操作,总共耗时100秒左右。而预期的时间应该在一分钟以内,这显然是不符合要求的。

  三、代码优化过程

  笔者开始分析整个过程有哪些耗时操作,以及如何提升效率,缩短程序执行的时间。通过REST API获取信息,因为是使用外部系统提供的API,所以无法在此处提升效率;取得信息之后解析出有效部分,因为是对特定格式的信息进行解析,所以也无效率提升的空间。所以,效率可以大幅度提升的空间在数据库操作部分以及程序控制部分。下面,分条叙述对耗时操作的改进方法。

  1. 针对日志记录的优化

  关闭日志记录,或者更改日志输出级别。因为从两台服务器的外部系统D上获取到的信息是相同的,所以数据库插入操作会抛出异常,异常信息类似于“Attempt to insert duplicate record”,这样的异常信息跟有效信息的条数相等,有上千条。这种情况是能预料到的,所以可以考虑关闭日志记录,或者不关闭日志记录而是更改日志输出 级别,只记录严重级别(severe level)的错误信息,并将此类操作的日志级别调整为警告级别(warning level),这样就不会记录以上异常信息了。本项目使用的是 Java 自带的日志记录类,以下配置文件将日志输出级别设置为严重级别。

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