对于一个具备使用价值的应用而言，其使用者有可能会在一段时间内疯狂的增 长。随着越来越多的关键性质的应用在Java EE上运行，很多的Java开发者也开始 关注可扩展性的问题了。但目前来说，大部分的web 2.0站点是基于script语言编 写的，对于Java应用可扩展能力，很多人都抱着质疑的态度。在这篇文章中， Wang Yu基于他本身在实验室项目的经验来展示如何构建可扩展的java应用，同时 ，基于一些在可扩展性上做的比较失败的项目给读者带来构建可扩展java应用的 实践、理论、算法、框架和经验。
我一直为一家互联网性质的实验室工作，这个实验室采用我们公司最新的大型 服务器环境为合作伙伴的产品和解决方案免费做性能测试，我工作的部分就是帮 助他们在强大的CMT和SMP服务器上进行性能调优。
这些年来，我已经为不同的解决方案测试了数十种java应用。许多的产品都是 为了解决同样的领域问题，因此这些产品的功能基本都是类似的，但在可扩展性 上表现的却非常不同，其中有些不能扩展到64 CPU的服务器上运行，但可以扩展 到20台服务器做集群运行，有些则只能运行在不超过2 CPU的机器上。
造成这些差别的原因在于设计产品时的架构愿景，所有的具备良好扩展性的 java应用从需求需求阶段、系统设计阶段以及实现阶段都为可扩展性做了考虑， 所以，你所编写的java应用的可扩展能力完全取决于你的愿景。
可扩展性作为系统的属性之一，是个很难定义的名词，经常会与性能混淆。当 然，可扩展性和性能是有关系的，它的目的是为了达到高性能。但是衡量可扩展 性和性能的方法是不一样的，在这篇文章中，我们采用wikipedia中的定义：
可扩展性是系统、网络或进程的可选属性之一，它表达的含义是可以以一种优 雅的方式来处理不断增长的工作，或者以一种很明白的方式进行扩充。例如：它 可以用来表示系统具备随着资源(典型的有硬件)的增加提升吞吐量的能力。
垂直扩展的意思是给系统中的单节点增加资源，典型的是给机器增加CPU或内 存，垂直扩展为操作系统和应用模块提供了更多可共用的资源，因此它使得虚拟 化的技术（应该是指在一台机器上运行多个虚拟机）能够运行的更加有效。
水平扩展的意思是指给系统增加更多的节点，例如为一个分布式的软件系统增 加新的机器，一个更清晰的例子是将一台web服务器增加为三台。随着计算机价格 的不断降低以及性能的不断提升，以往需要依靠超级计算机来进行的高性能计算 的应用（例如：地震分析、生物计算等）现在可以采用这种多个低成本的应用来 完成。由上百台普通机器构成的集群可以达到传统的基于RISC处理器的科学计算 机所具备的计算能力。
这篇文章的第一部分来讨论下垂直扩展Java应用。
如何让Java EE应用垂直扩展
很多的软件设计人员和开发人员都认为功能是产品中最重要的因素，而性能和 可扩展性是附加的特性和功能完成后才做的工作。他们中大部分人认为可以借助 昂贵的硬件来缩小性能问题。
但有时候他们是错的，上个月，我们实验室中有一个紧急的项目，合作伙伴提 供的产品在他们客户提供的CPU的机器上测试未达到性能的要求，因此合作伙伴希 望在更多CPU（8 CPU）的机器上测试他们的产品，但结果却是在8 CPU的机器上性 能反而比4 CPU的机器更差。
为什么会这样呢？首先，如果你的系统是多进程或多线程的，并且已经用尽了 CPU的资源，那么在这种情况下增加CPU通常能让应用很好的得到扩展。
基于java技术的应用可以很简单的使用线程，Java语言不仅可以用来支持编写 多线程的应用，同时JVM本身在对java应用的执行管理和内存管理上采用的也是多 线程的方式，因此通常来说Java应用在多CPU的机器上可以运行的更好，例如Bea weblogic、IBM Websphere、开源的Glassfish和Tomcat等应用服务器，运行在 Java EE应用服务器中的应用可以立刻从CMT和SMP技术中获取到好处。
但在我的实验室中，我发现很多的产品并不能充分的使用CPU，有些应用在8 CPU的服务器上只能使用到不到20%的CPU，像这类应用即使增加CPU也提升不了多 少的。
热锁(Hot Lock)是可扩展性的关键障碍
在Java程序中，用来协调线程的最重要的工具就是 synchronized这个关键字 了。由于java所采用的规则，包括缓存刷新和失效，Java语言中的synchronized 块通常都会其他平台提供的类似的机制更加的昂贵。即使程序只是一个运行在单 处理器上的单线程程序，一个synchronized的方法调用也会比非同步的方法调用 慢。
要检查问题是否为采用synchronized关键字造成的，只需要像JVM进程发送一 个QUIT指令（译者注：在linux上也可以用kill -3 PID的方式）来获取线程堆栈 信息。如果你看到类似下面线程堆栈的信息，那么就意味着你的系统出现了热锁 的问题：
... ... ...
"Thread-0" prio=10 tid=0x08222eb0 nid=0x9 waiting for monitor entry [0xf927b000..0xf927bdb8]
at testthread.WaitThread.run(WaitThread.java:39)
- waiting to lock <0xef63bf08> (a java.lang.Object)
- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:595)
... ... ...