Java 程序性能优化《第一章》1.2性能调优的层次
为了提升系统性能，开发人员开始从系统各个角度和层次对系统进行优化。除了最常见的代码优化外，在软件架构上、JVM虚拟机层、数据库以及操作系统层面都可以通过各种手段进行优化，从而在整体上提升系统的性能。
1.2.1 设计调优
设计调优处于所有调优手段的上层，它往往需要在软件开发之前进行。在软件开发之处，软件架构师就应该评估系统可能存在的各种潜在问题，并给出合理的设计方案。由于软件设计和架构对整体质量有决定性的影响，所以，设计调优对系统性能的影响也是最大的。如果说，代码优化、JVM优化都是对系统微观层面上 “ 量 ” 的优化，那么设计优化就是对系统在宏观层面上 “ 质 ” 的优化。
设计优化的一大显著特点是，它可以规避某一个组件的性能问题，而非改良该组件的实现。比如，系统中组件A需要等待事件E才能触发的行为。如果组件A通过循环监控不断监测事件E是否发生，其监测行为必然会占用部分系统资源，因此，开发人员必须在监测频率和资源消耗取得平衡。如果监测频率太低，虽然减少的资源的消耗，但是系统实时反应性就会降低。如果进行代码层的调优，就需要优化监测方法的实现以及求得一个最为恰当的频率。
而若将次问题预留在设计层解决，便可以使用事件通知的方式将系统行为进行倒置。如使用第2章中提到的观察者模式，在事件E发生的时刻，有事件E通知组件A，从而触发组件A的行为。这种设计方法弃用了存在性能隐患的循环监控，从根本上解决了这一问题。
从某种角度上来说，设计优化直接决定了系统的整体品质。如果在设计层考虑不周到，留下太多问题隐患，那么这些 “ 质 ” 上的问题，也许无法再通过代码层的优化进行弥补。因此，开发人员必须在软件设计之初，认真仔细考虑软件系统的性能问题。
进行设计优化时，设计人员必须熟悉常用的软件设计方法、设计模式、基本性能组件、和常用优化思想，并将其有机地集成在软件系统中。
ps:一个良好的系统设计可以规避很多潜在的性能问题。因此尽可能的多花些时间在系统设计上，是创建高性能程序的关键。
1.2.2 代码调化
代码调优是在软件开发过程中，或许在软件开发完成后，软件维护过程中进行的对程序代码的改进和优化。代码优化设计诸多编程技巧，需要开发人员熟悉相关语言的API，并在合适的场景中正确的使用相关API或类库。同时，对算法、数据结构的灵活运用，也是代码优化的重要内容。
虽然代码优化是从微观上对性能的进行调整，但是一个 “ 好 ” 的实现和一个 “ 坏 ” 的实现对系统的影响也是非常大的。比如，同样作为List的实现，LinkedList 和 ArrayList 在随机访问上的性能却可以相差几个数量级；又如，同样是文件读写的实现，使用 Stream 方式与 Java NIO 的方式，其性能可能又会相差一个数量级。
因此，虽然与设计优化相比，笔者将代码优化称为在微观层面上的优化，但是它却是对系统性能产生最直接影响的优化方法。
1.2.3 JVM 调优
由于Java 软件总是运行在JVM虚拟机之上，对JVM虚拟机进行优化也能在一定程度上提升Java程序的性能。JVM调优通常可以在软件开发后期进行，如在软件开发完成，或者在软件开发的某一个里程碑阶段。
作为Java 软件的运行平台，JVM的各项参数将会直接影响Java程序的性能。比如，JVM的堆大小、垃圾回收策略等。
要进行JVM层面调优，需要开发人员对JVM的运行原理和基本内存结构有一定了解。如，堆内存的结构、GC的种类等。然后依据应用程序的特点，设置合理的JVM启动参数。
1.2.4 数据库调优
对绝大多数应用系统而言，数据库是必不可少的一部分。Java程序可以使用JDBC方式连接数据库。对数据库的调优可以分为3个部分：
- 在应用层对SQL语句进行优化。
- 对数据库进行优化。
- 对数据库软件进行优化。
在应用层优化数据库访问，涉及大量的编程技巧。比如，当使用JDBC进行查询时，对于大量的拥有相同结构的SQL查询，可以使用PreparedStatement 代替 Statement ,以提高数据库的查询效率；在SELECT语句中，显示指定要查询的列名，避免使用星号 “ * ” 。
在对数据库进行优化时，主要目的是建立一个具有良好表结构的数据库。比如，为了提高多表级联查询效率，可以合理的使用冗余字段；对于大表，可以使用行的水平切割或者类似Oracle分区表的技术；为了提高数据库查询效率，可以建立有效且合理的索引。
对于数据库软件的优化，根据不同的数据库，如 Oracle、MySQL或者SQL Server 都拥有不同的方式。以Oracle 为例，设置合理大小的共享池、缓存缓冲区或者PGA，对Oracle的运行性能都有很大的影响。
鉴于本书的讨论范围，数据库优化将不作为本书的阐述重点。
1.2.5 操作系统优化
作为软件运行的基础平台，操作系统的性能对应用系统也有较大的影响。不同类型的操作系统，调优手段和参数可能会有所不同。比如，在主流的UNIX系统中，共享内存段、信号量、共享内存最大值（shmmax)、内存共享最小值（shmmin)等都是可以进行优化的系统资源。此外，如最大文件句柄数、虚拟内存大小、磁盘的块大小等参数都可能对软件的性能产生影响。图1.5展示了在Windows平台上，配置虚拟内存的界面。
图 1.5 Windows 下设置虚拟内存
ps:操作系统的性能调优不在本书的讨论范围内，有兴趣的读者可以参考相关书籍。