如何提高Java并行程序性能

在Java程序中，多线程几乎已经无处不在。与单线程相比，多线程程序的设计和实现略微困难，但通过多线程，却可以获得多核CPU带来的性能飞跃，从这个角度说，多线程是一种值得尝试的技术。

1有关多线程的误区：线程越多，性能越好

不少初学者可能认为，线程数量越多，那么性能应该越好。因为程序给的直观感受总是这样。一个两个线程可能跑的很难，线程一多可能就快了。但事实并非如此。因为一个物理CPU一次只能执行一个线程，多个线程则意味着必须进行线程的上下文切换，而这个代价是很高的。因此，线程数量必须适量，最好的情况应该是N个CPU使用N个线程，并且让每个CPU的占有率都达到100%，这种情况下，系统的吞吐量才发挥到极致。但现实中，不太可能让单线程独占CPU达到100%，一个普遍的愿意是因为IO *** 作，无论是磁盘IO还是网络IO都是很慢的。线程在执行中会等待，因此效率就下来了。这也就是为什么在一个物理核上执行多个线程会感觉效率高了，对于程序调度来说，一个线程等待时，也正是其它线程执行的大好机会，因此，CPU资源得到了充分的利用。

2尽可能不要挂起线程

多线程程序免不了要同步，最直接的方法就是使用锁。每次只允许一个线程进入临界区，让其它相关线程等待。等待有2种，一种是直接使用 *** 作系统指令挂起线程，另外一种是自旋等待。在 *** 作系统直接挂起，是一种简单粗暴的实现，性能较差，不太适用于高并发的场景，因为随之而来的问题就是大量的线程上下文切换。如果可以，尝试一下进行有限的自旋等待，等待不成功再去挂起线程也不迟。这样很有可能可以避免一些无谓的开销。JDK中ConcurrentHashMap的实现里就有一些自旋等待的实现。此外Java虚拟机层面，对synchronized关键字也有自旋等待的优化。

3善用“无锁”

阻塞线程会带来性能开销，因此，一种提供性能的方案就是使用无锁的CAS *** 作。JDK中的原子类，如AtomicInteger正是使用了这种方案。在高并发环境中，冲突较多的情况下，性能远远好于传统的锁 *** 作。

4处理好“伪共享”问题

CPU有一个高速缓存Cache。在Cache中，读写数据的最小单位是缓存行，如果2个变量存在一个缓存行中，那么在多线程访问中，可能会相互影响彼此的性能。因此将变量存放于独立的缓存行中，也有助于变量在多线程访问是的性能提升，大量的高并发库都会采用这种技术。

通过使用一些辅助性工具来找到程序中的瓶颈，然后就可以对瓶颈部分的代码进行优化。一般有两种方案：即优化代码或更改设计方法。我们一般会选择后者，因为不去调用以下代码要比调用一些优化的代码更能提高程序的性能。而一个设计良好的程序能够精简代码，从而提高性能。 下面将提供一些在JAVA程序的设计和编码中，为了能够提高JAVA程序的性能，而经常采用的一些方法和技巧。 1．对象的生成和大小的调整。 JAVA程序设计中一个普遍的问题就是没有好好的利用JAVA语言本身提供的函数，从而常常会生成大量的对象（或实例）。由于系统不仅要花时间生成对象，以后可能还需花时间对这些对象进行垃圾回收和处理。因此，生成过多的对象将会给程序的性能带来很大的影响。 例1：关于String,StringBuffer，+和append JAVA语言提供了对于String类型变量的 *** 作。但如果使用不当，会给程序的性能带来影响。如下面的语句： Stringname=newString("HuangWeiFeng");Systemoutprintln(name+"ismyname"); 看似已经很精简了，其实并非如此。为了生成二进制的代码，要进行如下的步骤和 *** 作： (1)生成新的字符串newString（STR_1);(2)复制该字符串; (3)加载字符串常量"HuangWeiFeng"（STR_2);(4)调用字符串的构架器（Constructor）;(5)保存该字符串到数组中（从位置0开始）; (6)从javaioPrintStream类中得到静态的out变量; (7)生成新的字符串缓冲变量newStringBuffer(STR_BUF_1);(8)复制该字符串缓冲变量; (9)调用字符串缓冲的构架器（Constructor）;(10)保存该字符串缓冲到数组中（从位置1开始）; (11)以STR_1为参数，调用字符串缓冲(StringBuffer)类中的append方法;(12)加载字符串常量"ismyname"(STR_3); (13)以STR_3为参数，调用字符串缓冲(StringBuffer)类中的append方法;(14)对于STR_BUF_1执行toString命令; (15)调用out变量中的println方法，输出结果。 由此可以看出，这两行简单的代码，就生成了STR_1,STR_2,STR_3,STR_4和STR_BUF_1五个对象变量。这些生成的类的实例一般都存放在堆中。堆要对所有类的超类，类的实例进行初始化，同时还要调用类极其每个超类的构架器。而这些 *** 作都是非常消耗系统资源的。因此，对对象的生成进行限制，是完全有必要的。 经修改，上面的代码可以用如下的代码来替换。 StringBuffername=newStringBuffer("HuangWeiFeng"); Systemoutprintln(nameappend("ismyname")toString()); 系统将进行如下的 *** 作： (1)生成新的字符串缓冲变量newStringBuffer(STR_BUF_1);(2)复制该字符串缓冲变量; (3)加载字符串常量"HuangWeiFeng"(STR_1);(4)调用字符串缓冲的构架器（Constructor）;(5)保存该字符串缓冲到数组中（从位置1开始）; (6)从javaioPrintStream类中得到静态的out变量;(7)加载STR_BUF_1; (8)加载字符串常量"ismyname"(STR_2); (9)以STR_2为参数，调用字符串缓冲(StringBuffer)实例中的append方法;(10)对于STR_BUF_1执行toString命令(STR_3);(11)调用out变量中的println方法，输出结果。 由此可以看出，经过改进后的代码只生成了四个对象变量：STR_1,STR_2,STR_3和STR_BUF_1你可能觉得少生成一个对象不会对程序的性能有很大的提高。但下面的代码段2的执行速度将是代码段1的2倍。因为代码段1生成了八个对象，而代码段2只生成了四个对象。 代码段1： Stringname=newStringBuffer("HuangWeiFeng");name+="ismy";name+="name"; 代码段2： StringBuffername=newStringBuffer("HuangWeiFeng");nameappend("ismy"); nameappend("name")toString(); 因此，充分的利用JAVA提供的库函数来优化程序，对提高JAVA程序的性能时非常重要的其注意点主要有如下几方面； (1)尽可能的使用静态变量（StaticClassVariables）

如果类中的变量不会随他的实例而变化，就可以定义为静态变量，从而使他所有的实例都共享这个变量。 例： publicclassfoo{ SomeObjectso=newSomeObject();} 就可以定义为：publicclassfoo{ staticSomeObjectso=newSomeObject();} (2)不要对已生成的对象作过多的改变。 对于一些类(如：String类)来讲，宁愿在重新生成一个新的对象实例，而不应该修改已经生成的对象实例。例： Stringname="Huang";name="Wei";name="Feng"; 上述代码生成了三个String类型的对象实例。而前两个马上就需要系统进行垃圾回收处理。如果要对字符串进行连接的 *** 作，性能将得更差，因为系统将不得为此生成更多得临时变量，如上例1所示。 (3)生成对象时，要分配给它合理的空间和大小JAVA中的很多类都有它的默认的空间分配大小。对于StringBuffer类来讲，默认的分配空间大小是16个字符。如果在程序中使用StringBuffer的空间大小不是16个字符，那么就必须进行正确的初始化。 (4)避免生成不太使用或生命周期短的对象或变量。对于这种情况，因该定义一个对象缓冲池。以为管理一个对象缓冲池的开销要比频繁的生成和回收对象的开销小的多。 (5)只在对象作用范围内进行初始化。JAVA允许在代码的任何地方定义和初始化对象。这样，就可以只在对象作用的范围内进行初始化。从而节约系统的开销

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不完全正确。磁盘清理程序可以用来删除计算机中不需要的文件和数据，如临时文件、缓存文件、回收站文件等，以释放磁盘空间，从而提高系统性能。但是，删除程序不是磁盘清理程序的主要功能，如果误删了一些文件，反而会影响系统的稳定性和正常运行。此外，磁盘清理程序还可以用来修复系统错误、优化磁盘性能、清理注册表等，以提高系统的整体性能和稳定性。因此，在使用磁盘清理程序时，需要仔细阅读说明和 *** 作指南，避免误删重要文件或造成其他问题。同时，还需要定期备份重要文件和数据，以防止意外数据丢失。

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