性能測試監控指標及分析調優指南

當在併發編程的時候，經常會用多線程操作同一個資源，這個時候為了保證數據的原子性，就要使用到鎖，鎖的使用會帶來上下文切換，從而帶來性能開銷，在JDK1.6之後新增了偏向鎖、自旋鎖、輕量級鎖、鎖粗化、鎖消除。

我們在做性能測試的時候，系統的運行會越來越快，後面的訪問速度比我們第一次訪問的速度快了好幾倍，這是因為Java語言編譯的順序是，.java文件先編譯為.class文件，然後通過解釋器將.class的位元組碼轉換成本地機器碼後，才能運行。

為了節約記憶體和執行效率，代碼最初被執行時，解釋器會率先解釋執行這段代碼。隨著代碼被執行的次數增多，虛擬機發現某個方法或代碼運行的特別頻繁，就被認定為熱點代碼（Hot Spot Code）。

為了提高熱點代碼的執行效率，在運行時虛擬機將會通過即時編譯器（JIT）把這些代碼編譯成為本地平臺相關的機器碼，然後儲存在記憶體中，之後每次運行代碼時，直接從記憶體中獲取。這樣就會導致第一次系統運行慢，後面訪問的速度快幾倍。

在做性能測試的時候，每次測試處理的數據集都是一樣的，但是結果卻有差異，這是因為測試時，伴隨著很多不穩定因素，比如機器其他進程的影響、網路波動以及每個階段JVM垃圾回收的不同等。我們可以通過多次測試，將測試結果求平均，只要保證平均值在合理範圍之內，並且波動不是很大，這種情況，性能測試就算通過。

當我們進行壓測之後，我們會輸出一份性能測試報告，其中包括，RT、TPS、TP99，被壓伺服器的CPU、記憶體、I/O，以及JVM的GC頻率。通過這些指標可以發現性能瓶頸，我們可以採用自下而上的方式進行分析。

1. 首先從操作系統層面，查看系統的CPU、記憶體、I/O、網路的使用率是否異常，再通過命令查找異常日誌，最後通過日誌分析，找到導致瓶頸的問原因。

2. 還可以從Java應用的JVM層面，查看JVM的垃圾回收頻率以及記憶體分配情況是否存在異常，分析垃圾回收日誌，找到導致瓶頸的原因。

3. 如果系統和JVM層面都沒有出現異常情況，然後可以從應用服務業務層查看是否存在性能瓶頸，例如，Java編程問題，讀寫資料庫瓶頸等。

整體的調優順序，我們可以從業務調優到編程調優，最後再到系統調優。

首先是優化代碼，代碼問題往往會因為消耗系統資源而暴漏出來，例如代碼導致記憶體溢出，使JVM記憶體用完，而發生頻繁的FullGC，導致CPU偏高。

其次是優化設計，主要是優化業務層和中間件層代碼，例如可以採用代理模式，放在頻繁調用的創建對象的場景里，共用一個創建對象，減少創建對象的消耗。

再次是優化演算法，選擇合適的演算法降低時間複雜度。

1）表結構與索引優化

主要是對資料庫設計、表結構設計以及索引設置維度進行的優化，設計表結構的時候，考慮資料庫的水平與垂直的拓展能力，提前規劃好將來數據量、讀寫量的增長，規劃好分庫分表方案。對欄位選擇合適的數據類型，優先選用較小的數據結構。

2）SQL語句優化

主要是對SQL語句進行的優化，使用explain來查看執行計劃，來查看是否使用了索引，使用了哪些索引。也可以使用Profile命令分析語句執行過程中各個分步的耗時。

3）MySQL參數優化

主要是對MySQL服務的配置進行優化，例如連接數的管理，對索引緩存、查詢緩存、排序緩存等各種緩存大小進行優化

4）硬體及系統配置

對硬體設備和操作系統設置進行優化，例如調整操作系統參數、禁用swap、增加記憶體、升級固態硬碟。

首先是操作系統調優，Linux操作的內核參數設置可以進行調優，已達到提供高性能的目的。

其次，JVM調優，設置合理的JVM記憶體空間，以及垃圾回收演算法來提高性能，例如，如果業務邏輯會創建大對象，我們就可以設置，將大的對象直接放到老年代中，這樣可以減少年輕代頻發發生YongGC，減少CPU的占用時間。

首先是時間換取空間，有的時候系統對查詢速度要求不高，對存儲空間要求較高，這個時候我們可以考慮用時間換取空間。

其次是空間換取時間，用存儲空間提升訪問速度，典型的就是MySQL的分庫分表策略，MySQL表單數據存儲千萬以上的時候，讀寫性能就會下降，這個時候我們可以將數據進行拆分，以達到查詢的時候，每個表的數據是少量的，以達到提升性能的目的。

系統調優後，仍然還會存在性能問題，這個時候我們需要有兜底策略， 首先是限流，對系統的入口設置最大訪問限制，同時採取斷熔措施，返回沒有成功的請求。其次是橫向擴容，當訪問量超過某一個閾值時，系統可以自動橫向增加服務。