第七周总结
性能测试
性能测试是性能优化的前提和基础,也是性能优化结果的检查和度量标准。
性能测试指标
有响应时间:指应用系统从发出请求开始到收到后响应数据所需要的时间。响应时间是系统重要的性能指标,直观的反映了系统的“快慢”
并发数:系统能够同时处理请求的数目,这个数字也反映了系统的负载特性。对于网站 而言,并发数即系统并发用户数,指同时提交请求的用户数目,于此相对应,还有在线用户数(当前登录系统的用户数)和系统用户数(可能访问系统的总用户数)
吞吐量:指单位时间内系统处理的请求的数量,体现件系统的处理能力。对于网站,可 以用“请求数/秒”或是“页面数/秒”来衡量,也可以用“访问人数/天”或是“处理的 业务数/小时”等来衡量。吞吐量= ( 1000 /响应时间 ms)×并发数
性能计数器:是描述服务器或操作系统性能的一些数据指标。包括 System Load、对象 与线程数、内存使用、CPU 使用、磁盘与网络 I/O 等指标。这些指标也是系统监控的重 要参数,对这些指标设置报警阀值,当监控系统发现性能计数器超过阀值的时候,就向 运维和开发人员报警,及时发现处理系统异常
性能测试方法
性能测试是一个总称,具体可细分为性能测试、负载测试、压力测试、稳定性测试。
性能测试:以系统设计初期规划的性能指标为预期目标,对系统不断施加压力,验证系统在资源可接受范围内,是否能达到性能预期。
负载测试:对系统不断地增加并发请求以增加系统压力,直到系统的某项或多项性能指标达到安全临界值,如某种资源已经呈饱和状态,这时候继续对系统施加压力,系统的处理能力不但不能提高,反而会下降。
压力测试:超过安全负载的情况下,对系统继续施加压力,直到系统崩溃或不能再处理任何请求,以此获得系统大压力承受能力。
稳定性测试:被测试系统在特定硬件、软件、网络环境条件下,给系统加载一定业务压力,使系统运行一段较长时间,以此检测系统是否稳定。在生产环境,请求压力是不均匀的,呈波浪特性,因此为了更好地模拟生产环境,稳定性测试也应不均匀地对系统施 加压力。
全链路压测
全链路压测其实指的就是在特定的业务场景下,将相关的链路完整的串联起来同时施压, 尽可能模拟出真实的用户行为,当系统整站流量都被打上来的时候,必定会暴露出性能瓶颈,才能够探测出系统整体的真实处理能力,以及有指导的在大促前进行容量规划和性能优化,这便是线上实施全链路压测的真正目的。
数据构造:dump 线上数据,对数据进行刷选,脱敏并修正
数据隔离:逻辑隔离,虚拟隔离,物理隔离
流量构造:流量构造平台控制 CDN 节点模拟真实流量
性能优化
性能优化指标
响应时间:完成一次任务花费的时间
并发数:同时处理的任务数
吞吐量:单位时间完成的任务数
性能计数器:SystemLoad,线程数,进程数,CPU、内存、磁盘、网络使用率
性能优化方法
性能测试,获得性能指标
指标分析,发现性能与资源瓶颈点
架构与代码分析,寻找性能与资源瓶颈关键所在
架构与代码优化,优化关键技术点,平衡资源利用
性能测试,进入性能优化闭环
性能优化分层思想
机房与骨干网络性能优化:异地多活的多机房架构,专线网络与自主 CDN 建设
服务器与硬件性能优化:使用更优的 CPU,磁盘,内存,网卡,对软件的性能优化可能是数量级的,有时候远远超过代码和架构的性能优化
操作系统性能优化:优化操作系统参数
虚拟机性能优化:JVM 参数调优
基础组件性能优化:组件升级,或者寻找性能更优的组件进行替换
软件架构性能优化:缓存异步和集群
软件代码性能优化:并发编程,多线程与锁;资源复用,线程池与对象池;异步编程;数据结构优化
操作系统
进程和线程
进程是资源(CPU、内存等)分配的基本单位,它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程,并为它分配资源,然后把该进程放入进程就绪队列,进程调度器选中它的时候就会为它分配 CPU 时间,程序开始真正运行
线程是程序执行时的最小单位,它是进程的一个执行流,是 CPU 调度和分派的基本单位。一个进程可以由很多个线程组成,线程间共享进程的所有资源,每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由 CPU 独立调度执行,在多 CPU 环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作,每个请求分配一个线程来处理
进程运行状态
运行:当一个进程在 CPU 上运行时,则称该进程处于运行状态。处于运行状态的进程的数目小于等于 CPU 的数目。
就绪:当一个进程获得了除 CPU 以外的一切所需资源,只要得到 CPU 即可运行,则称此进程处于就绪状态,就绪状态有时候也被称为等待运行状态。
阻塞:也称为等待或睡眠状态,当一个进程正在等待某一事件发生(例如等待 I/O 完成, 等待锁……)而暂时停止运行,这时即使把 CPU 分配给进程也无法运行,故称该进程处于阻塞状态。
线程栈
线程栈是指某时刻时内存中线程调度的栈信息,当前调用的方法总是位于栈顶
调用方法时就是入栈操作,每个方法时一个栈针
方法返回时就是出栈操作
锁
CAS
Compare And Set(或 Compare And Swap),CAS 是解决多线程并行情况下使用锁造成性能损耗的一种机制,CAS 操作包含三个操作数——内存位置(V)、预期原值(A)、新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则,处理器不做任何操作
CAS 虽然很高效的解决原子操作,但是 CAS 仍然存在三大问题:ABA 问题、循环时间长开销大、只能保证一个共享变量的原子操作。
ABA 问题:因为 CAS 需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化,如果没有发生变化则更新,但是如果一个值原来是 A,变成了 B,又变成了 A,那么使用 CAS 进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了。ABA 问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号,每次变量更新的时候把版本号加一,那么 A-B-A 就会变成 1A-2B-3A。 从 Java1.5 开始 JDK 的 atomic 包里提供了一个类 AtomicStampedReference 来解决 ABA 问题。这个类的 compareAndSet 方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用,并且当前标志是否等于预期标志,如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值
循环时间长开销大:自旋 CAS 如果长时间不成功,会给 CPU 带来非常大的执行开销。
只能保证一个共享变量的原子操作:当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环 CAS 就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁。但从 JDK1.5 开始,JDK 提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性,就可以把多个变量放在一个对象里来进行 CAS 操作
锁类型
偏向锁:指一段同步代码一直被一个线程所访问,那么该线程会自动获取锁,降低获取锁的代价
轻量级锁:指当锁是偏向锁时,被另一个线程所访问,偏向锁就会升级为轻量级锁,其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁,不会阻塞,提高性能
重量级锁:指当锁是轻量级锁时,另一个线程虽然自旋,但自旋不会一直持续下去,当自旋到一定次数时,还没获取到锁,就会进入阻塞,该锁膨胀为重量级锁,重量级锁会 让其他申请的线程进入阻塞,性能降低
公平锁:就是多个线程按照申请锁的顺序来获取锁的。
非公平锁:就是多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序,有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁,可能会造成饥饿现象
可重入所锁:可重入就是说某个线程已经获得某个锁,可以再次获取锁而不会出现死锁
独享锁/互斥锁:该锁一次只能被一个线程所持有
共享锁:该锁可以被多个线程所持有
读写锁:多个读线程之间并不互斥,而写线程则要求与任何线程互斥
悲观锁:对于同一个数据的并发操作,一定是会发生修改的,哪怕没有修改,也会认 为修改。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为,不加 锁的并发操作一定会出问题。
乐观锁:对于同一个数据的并发操作,是不会发生修改的。在更新数据的时候,检查是否已经被修改过,如果修改过,就放弃
分段锁:细化锁的粒度,当操作不需要更新整个数组的时候,就仅仅针对数组的一段进行加锁操作。
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