《Java程序性能优化实战》源文件

本书以Java性能调优为主线，系统地阐述了与Java性能优化相关的知识与技巧。本书共6章，先后从软件设计、软件编码、JVM调优及程序故障排除等方面介绍针对Java程序的优化方法。第1章介绍性能的基本概念、木桶原理与Amdahl定律、系统调优的过程和注意事项；第2章从设计层面介绍与性能相关的设计模式及常用优化组件；第3章从代码层面介绍如何编写高性能的Java程序；第4章介绍并进行开发和如何通过多线程提高系统性能；第5章立足于JVM虚拟机层面，介绍如何通过设置合理的JVM参数提升Java程序的性能；第6章为工具篇，介绍了获取和监控程序或系统性能指标的各种工具，包括相关的故障排查工具。本书适合所有Java程序员、软件设计师、架构师及软件开发爱好者，对于有一定经验的Java工程师，本书更能帮助他突破技术瓶颈，深入Java内核开发！

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目录

• 前言
• 第1章 Java性能调优概述1
• 1.1 性能概述1
• 1.1.1 看懂程序的性能1
• 1.1.2 性能的参考指标2
• 1.1.3 木桶原理与性能瓶颈2
• 1.1.4 Amdahl定律3
• 1.2 性能调优的层次5
• 1.2.1 设计调优5
• 1.2.2 代码调优6
• 1.2.3 JVM调优6
• 1.2.4 数据库调优6
• 1.2.5 操作系统调优7
• 1.3 基本调优策略和手段7
• 1.3.1 优化的一般步骤8
• 1.3.2 系统优化的注意事项8
• 1.4 小结9
• 第2章 设计优化10
• 2.1 善用设计模式10
• 2.1.1 单例模式10
• 2.1.2 代理模式15
• 2.1.3 享元模式24
• 2.1.4 装饰者模式28
• 2.1.5 观察者模式34
• 2.1.6 值对象模式38
• 2.1.7 业务代理模式41
• 2.2 常用的优化组件和方法44
• 2.2.1 缓冲44
• 2.2.2 缓存47
• 2.2.3 对象复用——池51
• 2.2.4 并行替代串行58
• 2.2.5 负载均衡58
• 2.2.6 时间换空间63
• 2.2.7 空间换时间64
• 2.3 小结66
• 第3章 Java程序优化67
• 3.1 字符串优化处理67
• 3.1.1 String对象及其特点67
• 3.1.2 substring()方法的内存泄漏69
• 3.1.3 字符串分割和查找72
• 3.1.4 StringBuffer和StringBuilder76
• 3.1.5 CompactStrings优化字符串存储80
• 3.2 核心数据结构81
• 3.2.1 List接口81
• 3.2.2 Map接口88
• 3.2.3 Set接口100
• 3.2.4 优化集合访问代码101
• 3.2.5 RandomAccess接口103
• 3.3 使用NIO提升性能105
• 3.3.1 NIO中的Buffer类族和Channel106
• 3.3.2 Buffer的基本原理107
• 3.3.3 Buffer的相关操作109
• 3.3.4 MappedByteBuffer性能评估116
• 3.3.5 直接访问内存119
• 3.4 引用类型121
• 3.4.1 强引用121
• 3.4.2 软引用122
• 3.4.3 弱引用123
• 3.4.4 虚引用124
• 3.4.5 WeakHashMap类及其实现127
• 3.5 性能测试工具JMH129
• 3.5.1 JMH之Hello World130
• 3.5.2 JMH之指定测量模式131
• 3.5.3 JMH之对象作用域134
• 3.5.4 JMH之代码消除135
• 3.6 有助于改善性能的技巧137
• 3.6.1 使用局部变量137
• 3.6.2 位运算代替乘除法138
• 3.6.3 替换switch139
• 3.6.4 一维数组代替二维数组141
• 3.6.5 提取表达式142
• 3.6.6 展开循环143
• 3.6.7 布尔运算代替位运算144
• 3.6.8 使用arrayCopy()145
• 3.6.9 使用Buffer进行I/O操作147
• 3.6.10 使用clone()代替new149
• 3.6.11 慎用Java函数式编程151
• 3.7 小结152
• 第4章 并行程序开发及优化153
• 4.1 并行程序设计模式153
• 4.1.1 Future模式153
• 4.1.2 Master-Worker模式161
• 4.1.3 Guarded Suspension模式165
• 4.1.4 不变模式172
• 4.1.5 生产者-消费者模式174
• 4.2 JDK多任务执行框架178
• 4.2.1 无限制线程的缺陷178
• 4.2.2 简单的线程池实现179
• 4.2.3 Executor框架183
• 4.2.4 自定义线程池185
• 4.2.5 优化线程池大小189
• 4.2.6 扩展ThreadPoolExecutor189
• 4.3 JDK并发数据结构191
• 4.3.1 并发List191
• 4.3.2 并发Set193
• 4.3.3 并发Map194
• 4.3.4 并发Queue195
• 4.3.5 并发Deque197
• 4.4 并发控制方法199
• 4.4.1 Java内存模型与volatile199
• 4.4.2 同步关键字synchronized203
• 4.4.3 重入锁205
• 4.4.4 读写锁207
• 4.4.5 读写锁的改进：StampedLock209
• 4.4.6 Condition对象210
• 4.4.7 信号量212
• 4.4.8 线程局部变量ThreadLocal214
• 4.5 锁的性能和优化215
• 4.5.1 线程的开销215
• 4.5.2 避免死锁215
• 4.5.3 减少锁持有时间219
• 4.5.4 减小锁粒度220
• 4.5.5 读写分离锁来替换独占锁221
• 4.5.6 锁分离222
• 4.5.7 重入锁和内部锁224
• 4.5.8 锁粗化224
• 4.5.9 自旋锁226
• 4.5.10 锁消除226
• 4.5.11 锁偏向227
• 4.6 无锁的并行计算228
• 4.6.1 非阻塞的同步/无锁228
• 4.6.2 原子操作228
• 4.6.3 Amino框架简介231
• 4.6.4 Amino集合231
• 4.6.5 Amino树236
• 4.6.6 Amino图237
• 4.6.7 Amino简单调度模式238
• 4.7 协程240
• 4.7.1 协程的概念240
• 4.7.2 Kilim框架简介241
• 4.7.3 Task及其状态242
• 4.7.4 Fiber及其状态242
• 4.7.5 Kilim开发环境配置243
• 4.7.6 Kilim之Hello World244
• 4.7.7 多任务通信246
• 4.7.8 Kilim实例及性能评估247
• 4.8 小结250
• 第5章 JVM调优251
• 5.1 Java虚拟机内存模型251
• 5.1.1 程序计数器251
• 5.1.2 Java虚拟机栈252
• 5.1.3 本地方法栈258
• 5.1.4 Java堆258
• 5.1.5 方法区260
• 5.2 JVM内存分配参数263
• 5.2.1 设置最大堆内存264
• 5.2.2 设置最小堆内存264
• 5.2.3 设置新生代266
• 5.2.4 设置持久代266
• 5.2.5 设置线程栈267
• 5.2.6 堆的比例分配269
• 5.2.7 堆分配参数总结270
• 5.3 垃圾收集基础271
• 5.3.1 垃圾收集的作用272
• 5.3.2 垃圾回收算法与思想272
• 5.3.3 垃圾回收器的类型277
• 5.3.4 评价GC策略的指标278
• 5.3.5 新生代串行回收器278
• 5.3.6 老年代串行回收器279
• 5.3.7 并行回收器280
• 5.3.8 新生代并行回收器281
• 5.3.9 老年代并行回收器282
• 5.3.10 CMS回收器282
• 5.3.11 G1回收器285
• 5.3.12 Stop the World案例286
• 5.3.13 垃圾回收器对系统性能的影响288
• 5.3.14 GC操作相关参数总结289
• 5.4 常用调优案例和方法291
• 5.4.1 将新对象预留在新生代291
• 5.4.2 大对象进入老年代294
• 5.4.3 设置对象进入老年代的年龄296
• 5.4.4 稳定与振荡的堆大小296
• 5.4.5 吞吐量优先案例298
• 5.4.6 使用大页案例298
• 5.4.7 降低停顿案例299
• 5.5 实用JVM参数299
• 5.5.1 JIT编译参数299
• 5.5.2 堆快照301
• 5.5.3 错误处理302
• 5.5.4 获取GC信息302
• 5.5.5 类和对象跟踪304
• 5.5.6 控制GC305
• 5.5.7 选择类校验器305
• 5.5.8 Solaris下的线程控制306
• 5.5.9 使用大页306
• 5.5.10 压缩指针306
• 5.6 JVM调优实战306
• 5.6.1 Tomcat简介与启动加速307
• 5.6.2 Web应用程序简介309
• 5.6.3 JMeter简介与使用310
• 5.6.4 调优前Web应用运行状况313
• 5.6.5 调优过程314
• 5.7 小结315
• 第6章 Java性能调优工具316
• 6.1 Linux命令行工具316
• 6.1.1 top命令316
• 6.1.2 sar命令318
• 6.1.3 vmstat命令319
• 6.1.4 iostat命令321
• 6.1.5 pidstat工具322
• 6.2 Windows工具326
• 6.2.1 任务管理器326
• 6.2.2 perfmon性能监控工具328
• 6.2.3 Process Explorer工具331
• 6.2.4 pslist命令行333
• 6.3 JDK命令行工具334
• 6.3.1 jps命令335
• 6.3.2 jstat命令336
• 6.3.3 jinfo命令339
• 6.3.4 jmap命令340
• 6.3.5 jhat命令341
• 6.3.6 jstack命令343
• 6.3.7 jstatd命令346
• 6.3.8 hprof工具347
• 6.3.9 jcmd命令349
• 6.4 JConsole工具350
• 6.4.1 JConsole连接Java程序350
• 6.4.2 Java程序概况351
• 6.4.3 内存监控352
• 6.4.4 线程监控352
• 6.4.5 类加载情况354
• 6.4.6 虚拟机信息354
• 6.4.7 MBean管理355
• 6.4.8 使用插件356
• 6.5 Visual VM多合一工具357
• 6.5.1 Visual VM连接应用程序358
• 6.5.2 监控应用程序概况359
• 6.5.3 Thread Dump和分析361
• 6.5.4 性能分析362
• 6.5.5 快照365
• 6.5.6 内存快照分析365
• 6.5.7 MBean管理功能367
• 6.5.8 TDA的使用367
• 6.5.9 BTrace简介368
• 6.6 Visual VM对OQL的支持374
• 6.6.1 Visual VM的OQL基本语法374
• 6.6.2 内置heap对象375
• 6.6.3 对象函数376
• 6.6.4 集合/统计函数380
• 6.6.5 程序化OQL384
• 6.7 MAT内存分析工具386
• 6.7.1 初识MAT386
• 6.7.2 浅堆和深堆389
• 6.7.3 支配树392
• 6.7.4 垃圾回收根394
• 6.7.5 内存泄漏检测395
• 6.7.6 最大对象报告396
• 6.7.7 查找支配者396
• 6.7.8 线程分析397
• 6.7.9 集合使用情况分析398
• 6.7.10 扩展MAT399
• 6.8 MAT对OQL的支持403
• 6.8.1 Select子句404
• 6.8.2 From子句406
• 6.8.3 Where子句407
• 6.8.4 内置对象与方法408
• 6.9 来自JRockit的礼物——JMC411
• 6.9.1 得到JFR文件412
• 6.9.2 Java程序的整体运行情况413
• 6.9.3 CPU分析413
• 6.9.4 内存分析414
• 6.9.5 I/O分析416
• 6.10 小结418