快被系统性能逼疯了？你需要这份性能优化策略

作者介绍

刘迪伟，就职于世界五百强银行。负责公司网银业务系统的设计和交付，擅长并持续关注Java性能优化、DevOps等领域。

XX银行网银系统是一套全新的对公业务渠道类系统，经过两年的建设，将逐步对外提供服务。

该系统融合了原来多个对公渠道系统，并发量是以前多个系统之和，吞吐量要求将大幅上升。为了使广大对公客户使用系统时获得更快的响应时间体验，项目组对系统进行了持续的性能测试和优化。这一过程中，形成了一套针对新建系统进行性能测试和优化的方法论。

该方法论包括测试环境准备、测试功能优先级、性能优化原则、常用性能指标及工具、工具使用方法、常见性能问题原因和优化方法，以及典型案例和进一步优化方法的讨论。

由于系统已经开发完成，根据性能优化修改范围尽可能小且不引入更多问题的原则，本文将只讨论对系统进行局部优化的方法，而系统初始设计时为了提高性能而进行的设计不在讨论范围之内。

我们使用Linux操作系统，压测工具为loadrunner，中间件版本包括IHS8.5.5.9、WAS8.5、IBMJDK1.7（IBM J9VM）、DB2V10、Redis3.2.3。

一、应用系统性能评价指标

• 响应时间：尽快的给用户返回响应，体现系统处理请求的速度；

• 吞吐量TPS：每秒完成的事务数，体现系统处理能力；

• 并发性：业务请求高并发时，系统能否稳定运行；

• 扩展性：单机处理能力不足时，系统能否横向扩展。

TPS = 并发用户数 / 响应时间

二、常见性能监控指标及工具

1、操作系统监控指标及工具

主要监控指标：CPU、系统CPU、内存、磁盘IO、网络IO、请求耗时。

常用命令：

• top –H –p pid：cpu负载监控，实时查看占用cpu高的线程；

• vmstat：系统负载监控；

• pidstat：cpu让步式上下文切换监控，监控锁竞争；

• iostat：磁盘利用率监控；

• nmon：监控cpu、内存、io使用率 ./nmon -f -t -s 2 -c 100 每2秒采集一次，共100次；

• netstat -anp|grep端口或IP|grep ESTABLISHED|wc -l：服务器连接数监控。

2、JVM监控指标及工具

• Jconsole，监控cpu、内存垃圾回收。

JVM启动参数中增加：

-Dcom.sun.management.jmxremote.port=1088

-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false

-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

• jvisualvm，cpu采样、java方法耗时分析、jvm线程栈快照、监控cpu、内存垃圾回收。

CPU抽样：

线程快照：

• jca457.jar，ibm javacore线程快照分析：

• ga456.jar，ibmjvm垃圾回收gc分析：

• ha456.jar，ibmjvm内存，heapdump分析，内存溢出时使用；

• TProfiler，cpu采样、java方法cpu耗时分析，cpu高，响应慢时使用；

• JProfiler，cpu采样、java方法cpu耗时分析，cpu高，响应慢时使用；

• OracleDeveloperStudio12.6-linux-x86，cpu采样、java方法cpu耗时分析，cpu高，响应慢时使用。

三、性能测试前置条件

1、数据库表数据量准确

要和生产数据量保持一致，至少一个数量级。数据分布尽量均匀。

2、测试环境和生产一致

测试环境机器配置、参数、代码尽可能和生产保持一致（数据库服务器硬件除外）。

3、合理确定并发用户量

系统并发用户量有多种算法可以估算：

• 平均并发用户数：

  C=nL/T(n是考察时间内用户登录数，L是用户平均在线时间长度，T是考察值时间长度)

  并发用户数峰值：C’=C + 3*根号C

• 用户总量/统计时间*影响因子：

  网银用户量100万，根据2/8原则， 80%用户在上午9点到11点，下午2点到4点之间登录系统，每次登录耗时1到1.5秒。则并发用户为：

  1000000*0.8/4/3600*1.5=82.5，

  1000000*0.8/4/3600*1=55

• 根据系统用户数计算：

  并发用户数=系统最大在线用户数的8%到12%

• 根据TPS估计：

  C=（Think Time + 1）* TPS，

  网银用户思考时间10s，

  C=（10+1）* 3=33。

4、预估各功能交易量，确定压测功能优先级

根据交易量从大到小排名，排名靠前的优先压测。

5、设置性能问题认定标准

比如响应时间超过3s、TPS低于10、服务器cpu占用率超过70%、jvm堆内存使用100%、垃圾回收频繁、网络IO或磁盘IO达到瓶颈等……都可能是性能问题。

四、性能优化一般思路

1、找到性能瓶颈

性能瓶颈定义：导致系统TPS低、响应时间长、资源（CPU、内存、网络）占用高等问题的关键程序模块。提升该程序模块的性能，可以大幅度改善性能。

常见的性能瓶颈原因包括：数据库慢查询SQL、日志打印、xml大报文解析和格式转换、复杂业务逻辑、锁竞争等。

2、如何找到性能瓶颈

• 使用LoadRunner给每个接口的增加事务，记录其响应时间和TPS，最慢的那个接口往往是瓶颈；

• 分析慢交易的日志，查看是哪个操作耗时最长；

• 分析数据库快照，看是否有执行较慢或者全表扫描的SQL；

• 通过Javacore查看线程正在执行的代码，是大部分阻塞在IO上，还是大部分在进行计算。针对不同的问题，使用不同的分析工具。详细内容可以看下一章节。

3、针对性能瓶颈进行合理优化

性能优化原则：

• 先优化瓶颈问题；

• 方案简单，尽量不引入更多复杂性，尽量不降低业务体验；

• 满足系统性能要求即可，不引入新的bug。

五、常见问题及优化方法

1、SQL执行时间长

问题现象：系统响应时间长、数据库cpu高。

问题原因：全表扫描、索引低效、排序溢出。

解决方法：

• （编辑：源码门户网）

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