多核平臺(tái)下的Java優(yōu)化
現(xiàn)在多核 CPU 是主流。利用多核技術(shù)，可以有效發(fā)揮硬件的能力，提升吞吐量，對(duì)于 Java 程序，可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)垃圾收集。但是 Java 利用多核技術(shù)也帶來了一些問題，主要是多線程共享內(nèi)存引起了。目前內(nèi)存和 CPU 之間的帶寬是一個(gè)主要瓶頸，每個(gè)核可以獨(dú)享一部分高速緩存，可以提高性能。JVM 是利用操作系統(tǒng)的”輕量級(jí)進(jìn)程”實(shí)現(xiàn)線程，所以線程每操作一次共享內(nèi)存，都無法在高速緩存中命中，是一次開銷較大的系統(tǒng)調(diào)用。所以區(qū)別于普通的優(yōu)化，針對(duì)多核平臺(tái)，需要進(jìn)行一些特殊的優(yōu)化。
代碼優(yōu)化
線程數(shù)要大于等于核數(shù)
如果使用多線程，只有運(yùn)行的線程數(shù)比核數(shù)大，才有可能榨干 CPU 資源，否則會(huì)有若干核閑置。要注意的是，如果線程數(shù)目太多，就會(huì)占用過多內(nèi)存，導(dǎo)致性能不升反降。JVM 的垃圾回收也是需要線程的，所以這里的線程數(shù)包含 JVM 自己的線程
盡量減少共享數(shù)據(jù)寫操作
每個(gè)線程有自己的工作內(nèi)存，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)可以毫無顧忌的優(yōu)化，如果去讀共享內(nèi)存區(qū)域，性能也不會(huì)下降。但是一旦線程想寫共享內(nèi)存(使用 volatile 關(guān)鍵字)，就會(huì)插入很多內(nèi)存屏障操作(Memory Barrier 或者 Memory Fence)指令，保證處理器不亂序執(zhí)行。相比寫本地線程自有的變量，性能下降很多。處理方法是盡量減少共享數(shù)據(jù)，這樣也符合”數(shù)據(jù)耦合”的設(shè)計(jì)原則。
使用 synchronize 關(guān)鍵字
在 Java1.5 中，synchronize 是性能低效的。因?yàn)檫@是一個(gè)重量級(jí)操作，需要調(diào)用操作接口，導(dǎo)致有可能加鎖消耗的系統(tǒng)時(shí)間比加鎖以外的操作還多。相比之下使用 Java 提供的 Lock 對(duì)象，性能更高一些。但是到了 Java1.6，發(fā)生了變化。synchronize 在語義上很清晰，可以進(jìn)行很多優(yōu)化，有適應(yīng)自旋，鎖消除，鎖粗化，輕量級(jí)鎖，偏向鎖等等。導(dǎo)致在 Java1.6 上 synchronize 的性能并不比 Lock 差。官方也表示，他們也更支持 synchronize，在未來的版本中還有優(yōu)化余地。
使用樂觀策略
傳統(tǒng)的同步并發(fā)策略是悲觀的。表現(xiàn)語義為：多線程操作一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，總覺得會(huì)有兩個(gè)線程在同時(shí)操作，所以需要鎖起來。樂觀策略是，假設(shè)平時(shí)就一個(gè)線程訪問，當(dāng)出現(xiàn)了沖突的時(shí)候，再重試。這樣更高效一些。Java 的 AtomicInteger 就是使用了這個(gè)策略。
使用線程本地變量(ThreadLocal)
使用 ThreadLocal 可以生成線程本地對(duì)象的副本，不會(huì)和其他線程共享。當(dāng)該線程終止的時(shí)候，其本地變量可以全部回收。
類中 Field 的排序
可以將一個(gè)類會(huì)頻繁訪問到的幾個(gè) field 放在一起，這樣他們就有更多的可能性被一起加入高速緩存。同時(shí)***把他們放在頭部。基本變量和引用變量不要交錯(cuò)排放。
批量處理數(shù)組
現(xiàn)在處理器可以用一條指令來處理一個(gè)數(shù)組中的多條記錄，例如可以同時(shí)向一個(gè) byte 數(shù)組中讀或者寫 store 記錄。所以要盡量使用 System.arraycopy ()這樣的批量接口，而不是自己操作數(shù)組。
JVM 優(yōu)化
啟用大內(nèi)存頁
現(xiàn)在一個(gè)操作系統(tǒng)默認(rèn)頁是4K。如果你的 heap 是4GB，就意味著要執(zhí)行1024*1024次分配操作。所以***能把頁調(diào)大。這個(gè)配額設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)，單改 Jvm 是不行的。Linux 上的配置有點(diǎn)復(fù)雜，不詳述。
在 Java1.6 中 UseLargePages 是默認(rèn)開啟的，LasrgePageSzieInBytes 被設(shè)置成了4M。筆者看到一些情況下配置成了128MB，在官方的性能測(cè)試中更是配置到256MB。
啟用壓縮指針
Java 的64的性能比32慢，原因是因?yàn)槠渲羔樣?2位擴(kuò)展到64位，雖然尋址空間從4GB 擴(kuò)大到 256 TB，但導(dǎo)致性能的下降，并占用了更多的內(nèi)存。所以對(duì)指針進(jìn)行壓縮。壓縮后的指針最多支持32GB 內(nèi)存，并且可以獲得32位 JVM 的性能。
在 JDK6 update 23 默認(rèn)開啟了，之前的版本可以使用-XX:+UseCompressedOops 來啟動(dòng)配置。
性能可以看這個(gè)評(píng)測(cè)，性能的提升是很可觀。
啟用 NUMA
numa 是一個(gè) CPU 的特性。SMP 架構(gòu)下，CPU 的核是對(duì)稱，但是他們共享一條系統(tǒng)總線。所以 CPU 多了，總線就會(huì)成為瓶頸。在 NUMA 架構(gòu)下，若干 CPU 組成一個(gè)組，組之間有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，相互獨(dú)立。啟動(dòng)它可以提高性能。
NUMA 需要硬件，操作系統(tǒng)，JVM 同時(shí)啟用，才能啟用。Linux 可以用 numactl 來配置 numa,JVM 通過-XX:+UseNUMA 來啟用。
激進(jìn)優(yōu)化特性
在 Java1.6 中，激進(jìn)優(yōu)化(AggressiveOpts)是默認(rèn)開啟的。激進(jìn)優(yōu)化是一般有一些下一個(gè)版本才會(huì)發(fā)布的優(yōu)化選項(xiàng)。但是有可能造成不穩(wěn)定。前段時(shí)間以訛傳訛的 JDK7的 Bug，就是開啟這個(gè)選項(xiàng)后測(cè)到的。
逃逸分析
讓一個(gè)對(duì)象在一個(gè)方法內(nèi)創(chuàng)建后，如果他傳遞出去，就可以稱為方法逃逸;如果傳遞到別的線程，成為線程逃逸。如果能知道一個(gè)對(duì)象沒有逃逸，就可以把它分配在棧而不是堆上，節(jié)約 GC 的時(shí)間。同時(shí)可以將這個(gè)對(duì)象拆散，直接使用其成員變量，有利于利用高速緩存。如果一個(gè)對(duì)象沒有線程逃逸，就可以取消其中一切同步操作，很大的提高性能。
但是逃逸分析是很有難度的，因?yàn)榛?cpu 去對(duì)一個(gè)對(duì)象去分析，要是他不逃逸，就無法優(yōu)化，之前的分析血本無歸。所以不能使用復(fù)雜的算法，同時(shí)現(xiàn)在的 JVM 也沒有實(shí)現(xiàn)棧上分配。所以開啟之后，性能也可能下降。
可以使用-XX:+DoEscapeAnalysis 來開啟逃逸分析。
高吞吐量 GC 配置
對(duì)于高吞吐量，在年輕態(tài)可以使用 Parallel Scavenge,年老態(tài)可以使用 Parallel Old 垃圾收集器。
使用-XX:+UseParallelOldGC 開啟
可以將-XX:ParallelGCThreads 根據(jù) CPU 的個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。可以是 CPU 數(shù)的1/2或者5/8
低延遲 GC 配置
對(duì)于低延遲的應(yīng)用，在年輕態(tài)可以使用 ParNew，年老態(tài)可以使用 CMS 垃圾收集器。
可以使用-XX:+UseConcMarkSweepGC 和-XX:+UseParNewGC 打開。
可以將-XX:ParallelGCThreads 根據(jù) CPU 的個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。可以是 CPU 數(shù)的1/2或者5/8
可以調(diào)整-XX:MaxTenuringThreshold (晉升年老代年齡)調(diào)高，默認(rèn)是15.這樣可以減少年老代 GC 的壓力
可以-XX:TargetSurvivorRatio，調(diào)整 Survivor 的占用比率。默認(rèn)50%.調(diào)高可以提供 Survivor 區(qū)的利用率
可以調(diào)整-XX:SurvivorRatio,調(diào)整 Eden 和 Survivor 的比重。默認(rèn)是8。這個(gè)比重越小，Survivor 越大，對(duì)象可以在年輕態(tài)呆更多時(shí)間。
原文：http://www.yankay.com
【編輯推薦】
