Java程序性能优化

第1章 Java性能调优概述

1.1 性能概述

1.1.1 看懂程序的性能

1.1.2 性能的参考指标

1.1.3 木桶原理与性能瓶颈

1.1.4 Amdahl定律

1.2 性能调优的层次

1.2.1 设计调优

1.2.2 代码调优

1.2.3 JVM调优

1.2.4 数据库调优

1.2.5 操作系统调优

1.3 基本调优策略和手段

1.3.1 优化的一般步骤

1.3.2 系统优化注意事项

1.4 小结

第2章 设计优化

2.1 善用设计模式

2.1.1 单例模式

2.1.2 代理模式

2.1.3 享元模式

2.1.4 装饰者模式

2.1.5 观察者模式

2.1.6 Value Object模式

2.1.7 业务代理模式

2.2 常用优化组件和方法

2.2.1 缓冲（Buffer）

2.2.2 缓存（Cache）

2.2.3 对象复用——“池”

2.2.4 并行替代串行

2.2.5 负载均衡

2.2.6 时间换空间

2.2.7 空间换时间

2.3 小结

第3章 Java程序优化

3.1 字符串优化处理

3.1.1 String对象及其特点

3.1.2 subString()方法的内存泄漏

3.1.3 字符串分割和查找

3.1.4 StringBuffer和StringBuilder

3.2 核心数据结构

3.2.1 List接口

3.2.2 Map接口

3.2.3 Set接口

3.2.4 优化集合访问代码

3.2.5 RandomAccess接口

3.3 使用NIO提升性能

3.3.1 NIO的Buffer类族和Channel

3.3.2 Buffer的基本原理

3.3.3 Buffer的相关操作

3.3.4 MappedByteBuffer性能评估

3.3.5 直接内存访问

3.4 引用类型

3.4.1 强引用

3.4.2 软引用

3.4.3 弱引用

3.4.4 虚引用

3.4.5 WeakHashMap类及其实现

3.5 有助于改善性能的技巧

3.5.1 慎用异常

3.5.2 使用局部变量

3.5.3 位运算代替乘除法

3.5.4 替换switch

3.5.5 一维数组代替二维数组

3.5.6 提取表达式

3.5.7 展开循环

3.5.8 布尔运算代替位运算

3.5.9 使用arrayCopy ()

3.5.10 使用Buffer进行I/O操作

3.5.11 使用clone()代替new

3.5.12 静态方法替代实例方法

3.6 小结

第4章 并行程序开发及优化

4.1 并行程序设计模式

4.1.1 Future模式

4.1.2 Master-Worker模式

4.1.3 Guarded Suspension模式

4.1.4 不变模式

4.1.5 生产者-消费者模式

4.2 JDK多任务执行框架

4.2.1 无限制线程的缺陷

4.2.2 简单的线程池实现

4.2.3 Executor框架

4.2.4 自定义线程池

4.2.5 优化线程池大小

4.2.6 扩展ThreadPoolExecutor

4.3 JDK并发数据结构

4.3.1 并发List

4.3.2 并发Set

4.3.3 并发Map

4.3.4 并发Queue

4.3.5 并发Deque

4.4 并发控制方法

4.4.1 Java内存模型与volatile

4.4.2 同步关键字synchronized

4.4.3 ReentrantLock重入锁

4.4.4 ReadWriteLock读写锁

4.4.5 Condition对象

4.4.6 Semaphore信号量

4.4.7 ThreadLocal线程局部变量

4.5 “锁”的性能和优化

4.5.1 线程的开销

4.5.2 避免死锁

4.5.3 减小锁持有时间

4.5.4 减小锁粒度

4.5.5 读写分离锁来替换独占锁

4.5.6 锁分离

4.5.7 重入锁ReentrantLock和内部锁synchronized

4.5.8 锁粗化(Lock Coarsening)

4.5.9 自旋锁（Spinning Lock）

4.5.10 锁消除（Lock Elimination）

4.5.11 锁偏向(Biased Lock)

4.6 无锁的并行计算

4.6.1 非阻塞的同步/无锁

4.6.2 原子操作

4.6.3 Amino框架介绍

4.6.4 Amino集合

4.6.5 Amino树

4.6.6 Amino图

4.6.7 Amino简单调度模式

4.7 协程

4.7.1 协程的概念

4.7.2 Kilim框架简介

4.7.3 Task及其状态

4.7.4 Fiber及其状态

4.7.5 Kilim开发环境配置

4.7.6 Kilim之Hello World

4.7.7 多任务通信

4.7.8 Kilim实例及性能评估

4.8 小结

第5章 JVM调优

5.1 Java虚拟机内存模型

5.1.1 程序计数器

5.1.2 Java虚拟机栈

5.1.3 本地方法栈

5.1.4 Java堆

5.1.5 方法区

5.2 JVM内存分配参数

5.2.1 设置最大堆内存

5.2.2 设置最小堆内存

5.2.3 设置新生代

5.2.4 设置持久代

5.2.5 设置线程桟

5.2.6 堆的比例分配

5.2.7 堆分配参数总结

5.3 垃圾收集基础

5.3.1 垃圾收集的作用

5.3.2 垃圾回收算法与思想

5.3.3 垃圾收集器的类型

5.3.4 评价GC策略的指标

5.3.5 新生代串行收集器

5.3.6 老年代串行收集器

5.3.7 并行收集器

5.3.8 新生代并行回收（Parallel Scavenge）收集器

5.3.9 老年代并行回收收集器

5.3.10 CMS收集器

5.3.11 G1收集器（Garbage First）

5.3.12 Stop the World案例

5.3.13 收集器对系统性能的影响

5.3.14 GC相关参数总结

5.4 常用调优案例和方法

5.4.1 将新对象预留在新生代

5.4.2 大对象进入老年代

5.4.3 设置对象进入老年代的年龄

5.4.4 稳定与震荡的堆大小

5.4.5 吞吐量优先案例

5.4.6 使用大页案例

5.4.7 降低停顿案例

5.5 实用JVM参数

5.5.1 JIT编译参数

5.5.2 堆快照（堆Dump）

5.5.3 错误处理

5.5.4 取得GC信息

5.5.5 类和对象跟踪

5.5.6 控制GC

5.5.7 选择类校验器

5.5.8 Solaris下线程控制

5.5.9 使用大页

5.5.10 压缩指针

5.6 实战JVM调优

5.6.1 Tomcat简介与启动加速

5.6.2 Web应用程序介绍

5.6.3 JMeter介绍与使用

5.6.4 调优前Web应用运行状况

5.6.5 调优过程

5.7 总结

第6章 Java性能调优工具

6.1 Linux命令行工具

6.1.1 top命令

6.1.2 sar命令

6.1.3 vmstat命令

6.1.4 iostat命令

6.1.5 pidstat工具

6.2 Windows工具

6.2.1 任务管理器

6.2.2 perfmon性能监控工具

6.2.3 Process Explorer

6.2.4 pslist命令行

6.3 JDK命令行工具

6.3.1 jps命令

6.3.2 jstat命令

6.3.3 jinfo命令

6.3.4 jmap命令

6.3.5 jhat命令

6.3.6 jstack命令

6.3.7 jstatd命令

6.3.8 hprof工具

6.4 JConsole工具

6.4.1 JConsole连接Java程序

6.4.2 Java程序概况

6.4.3 内存监控

6.4.4 线程监控

6.4.5 类加载情况

6.4.6 虚拟机信息

6.4.7 MBean管理

6.4.8 使用插件

6.5 Visual VM多合一工具

6.5.1 Visual VM连接应用程序

6.5.2 监控应用程序概况

6.5.3 Thread Dump和分析

6.5.4 性能分析

6.5.5 快照

6.5.6 内存快照分析

6.5.7 MBean管理

6.5.8 TDA使用

6.5.9 BTrace介绍

6.6 Visual VM对OQL的支持

6.6.1 Visual VM的OQL基本语法

6.6.2 内置heap对象

6.6.3 对象函数

6.6.4 集合/统计函数

6.6.5 程序化OQL

6.7 MAT内存分析工具

6.7.1 初识MAT

6.7.2 浅堆和深堆

6.7.3 支配树（Dominator Tree）

6.7.4 垃圾回收根

6.7.5 内存泄露检测

6.7.6 最大对象报告

6.7.7 查找支配者

6.7.8 线程分析

6.7.9 集合使用情况分析

6.7.10 扩展MAT

6.8 MAT对OQL的支持

6.8.1 Select子句

6.8.2 From子句

6.8.3 Where子句

6.8.4 内置对象与方法

6.9 JProfile简介

6.9.1 JProfile使用配置

6.9.2 内存视图

6.9.3 堆快照

6.9.4 CPU视图

6.9.5 线程视图

6.9.6 JVM统计信息

6.9.7 触发器

6.10 小结

　　Java是目前应用最为广泛的软件开发平台，学习针对Java程序的优化方法有重要的现实意义。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调优以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、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、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、架构师以及软件开发爱好者，对于有一定经验的Java工程师，本书更能帮助突破技术瓶颈，深入Java内核开发！

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