性能優(yōu)化可分為業(yè)務(wù)優(yōu)化和技術(shù)優(yōu)化兩類。業(yè)務(wù)優(yōu)化雖能帶來顯著效果，但主要屬于產(chǎn)品和管理范疇。作為程序員，日常工作中的優(yōu)化多依靠技術(shù)手段達(dá)成既定的優(yōu)化目標(biāo)。以下為大家詳細(xì)介紹7種常見的技術(shù)優(yōu)化手段。

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代碼復(fù)用優(yōu)化

在編寫代碼時(shí)，我們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)許多重復(fù)代碼。將這些代碼提取出來，封裝成公共方法，下次使用時(shí)就無需重新編寫，這就是復(fù)用思想在編碼邏輯上的體現(xiàn)。在數(shù)據(jù)存取方面，同樣存在復(fù)用情況。

在軟件系統(tǒng)里，數(shù)據(jù)復(fù)用常涉及緩沖和緩存。需注意，這兩個(gè)概念有本質(zhì)區(qū)別。

• 緩沖（Buffer）：常用于數(shù)據(jù)的暫存，然后進(jìn)行批量傳輸或?qū)懭耄嗖捎庙樞蚍绞?，旨在緩解不同設(shè)備間頻繁、緩慢的隨機(jī)寫操作，主要針對(duì)寫操作。
• 緩存（Cache）：對(duì)已讀取數(shù)據(jù)的復(fù)用，通過將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速區(qū)域，以加快后續(xù)讀取速度，主要針對(duì)讀操作。

此外，對(duì)象池化操作也是復(fù)用的一種形式，如數(shù)據(jù)庫連接池、線程池等，在Java中應(yīng)用廣泛。由于這些對(duì)象的創(chuàng)建和銷毀成本較高，使用后將其暫時(shí)存儲(chǔ)，下次使用時(shí)無需進(jìn)行耗時(shí)的初始化操作。

計(jì)算性能優(yōu)化

并行執(zhí)行

如今，大多數(shù)硬件采用多核CPU。為加快任務(wù)執(zhí)行速度，并行執(zhí)行是最優(yōu)選擇。并行執(zhí)行主要有以下三種模式：

• 多機(jī)并行：通過負(fù)載均衡，將流量或大型計(jì)算任務(wù)拆分為多個(gè)部分，同時(shí)進(jìn)行處理。例如，Hadoop利用MapReduce將任務(wù)分散到多臺(tái)機(jī)器上并行計(jì)算。大流量系統(tǒng)通過負(fù)載均衡器將流量分擔(dān)到后端服務(wù)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行。
• 多進(jìn)程并行：以Nginx為例，采用NIO編程模型，Master統(tǒng)一管理Worker進(jìn)程，由Worker進(jìn)程負(fù)責(zé)請(qǐng)求代理，充分利用硬件的多個(gè)CPU。
• 多線程并行：這是Java程序員常用的方式。如Netty采用Reactor編程模型，基于線程實(shí)現(xiàn)。Boss線程接收請(qǐng)求，然后調(diào)度給Worker線程進(jìn)行業(yè)務(wù)計(jì)算。此外，Golang的協(xié)程比線程更輕量級(jí)，本質(zhì)上也是利用多核實(shí)現(xiàn)任務(wù)并行執(zhí)行。

同步轉(zhuǎn)異步

將同步操作改為異步操作，通常需要改變編程模型。同步請(qǐng)求會(huì)一直阻塞，直到返回成功或失敗結(jié)果。雖然編程模型簡單，但在應(yīng)對(duì)突發(fā)、時(shí)間段傾斜的流量時(shí)，容易導(dǎo)致請(qǐng)求失敗。而異步操作支持橫向擴(kuò)容，能緩解瞬時(shí)壓力，使請(qǐng)求更加平滑。

惰性加載

利用常見的設(shè)計(jì)模式，如單例模式、代理模式等，可以優(yōu)化業(yè)務(wù)并提升用戶體驗(yàn)。例如，在進(jìn)行UI編程時(shí)，若要顯示大量圖片，可先加載占位符，再通過后臺(tái)線程逐步加載所需資源，避免窗口僵死。

結(jié)果集優(yōu)化

以XML和JSON為例，JSON不僅書寫簡單，而且體積更小，傳輸和解析效率更高。Google的Protobuf體積更小，雖可讀性降低，但在高并發(fā)場景（如RPC）中能顯著提高效率，這是結(jié)果集優(yōu)化的典型案例。

在C/S模式的Web服務(wù)中，數(shù)據(jù)從服務(wù)器傳輸?shù)娇蛻舳诵枰职l(fā)多份，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量能顯著提升傳輸性能并降低成本。例如，Nginx通常會(huì)開啟GZIP壓縮，使傳輸內(nèi)容更加緊湊，客戶端只需少量計(jì)算能力即可解壓。

結(jié)果集優(yōu)化的一般思路是保持返回?cái)?shù)據(jù)的精簡，去除客戶端不需要的字段。對(duì)于時(shí)效性要求不高但處理能力要求高的業(yè)務(wù)，可采用批量處理方式，減少網(wǎng)絡(luò)連接交互。此外，對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行處理優(yōu)化，如使用索引或Bitmap位圖，可加快數(shù)據(jù)訪問速度。

資源沖突優(yōu)化

開發(fā)中會(huì)涉及多種共享資源，包括單機(jī)資源（如HashMap）、外部存儲(chǔ)（如數(shù)據(jù)庫行）、單個(gè)資源（如Redis的Setnx）以及多個(gè)資源的協(xié)調(diào)（如事務(wù)、分布式事務(wù)）。性能問題與鎖密切相關(guān)，如數(shù)據(jù)庫的行鎖、表鎖，Java中的各種鎖，以及底層的CPU命令級(jí)鎖、JVM指令級(jí)鎖和操作系統(tǒng)內(nèi)部鎖等。

并發(fā)會(huì)導(dǎo)致資源沖突，解決方法是加鎖。事務(wù)本質(zhì)上也是一種鎖。鎖可分為樂觀鎖和悲觀鎖，樂觀鎖效率更高；還可分為公平鎖和非公平鎖，在任務(wù)調(diào)度上略有差異。對(duì)無鎖隊(duì)列的研究也能顯著提升性能。

算法優(yōu)化

算法能顯著提升復(fù)雜業(yè)務(wù)的性能，實(shí)際業(yè)務(wù)中常使用算法的變種。在CPU緊張的業(yè)務(wù)中，為加快處理速度，常采用空間換時(shí)間的策略。

算法優(yōu)化屬于代碼調(diào)優(yōu)，需要熟悉所使用語言的API，靈活運(yùn)用算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。常見的降低時(shí)間復(fù)雜度的方法有遞歸、二分、排序、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等。不同的實(shí)現(xiàn)方式對(duì)系統(tǒng)性能影響巨大，如LinkedList和ArrayList在隨機(jī)訪問性能上差異明顯，CopyOnWriteList在讀多寫少場景下能降低鎖沖突。

高效實(shí)現(xiàn)

編程時(shí)應(yīng)盡量使用設(shè)計(jì)理念良好、性能優(yōu)越的組件。例如，有了Netty就不應(yīng)再選擇較老的Mina組件；設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)避免使用SOAP這種耗時(shí)的協(xié)議；使用JavaCC等語法分析器比正則表達(dá)式效率更高。

若通過測試分析找到系統(tǒng)瓶頸，應(yīng)使用更高效的組件替換關(guān)鍵組件。適配器模式在這種情況下非常重要，許多公司會(huì)在現(xiàn)有組件上進(jìn)行抽象封裝，以便在底層組件切換時(shí)，上層應(yīng)用不受影響。

JVM優(yōu)化

Java程序運(yùn)行在JVM虛擬機(jī)上，其性能受JVM制約。合理優(yōu)化JVM參數(shù)能提升Java程序性能，參數(shù)配置不當(dāng)可能導(dǎo)致OOM等嚴(yán)重問題。

目前，G1垃圾回收器應(yīng)用廣泛，通過少量參數(shù)配置即可實(shí)現(xiàn)高效內(nèi)存回收。CMS垃圾回收器已在Java 14中被移除，因其GC時(shí)間不可控，應(yīng)盡量避免使用。

JVM性能調(diào)優(yōu)需綜合考慮各方面因素，了解JVM內(nèi)部運(yùn)行原理有助于深入理解代碼，編寫更高效的程序。

總結(jié)

今天為大家從代碼復(fù)用、計(jì)算性能、結(jié)果集優(yōu)化、資源沖突優(yōu)化、算法優(yōu)化、高效實(shí)現(xiàn)和JVM優(yōu)化等方面介紹了性能優(yōu)化的可行方案和注意事項(xiàng)。希望小伙伴們能夠從中學(xué)到對(duì)自己有用的知識(shí)。