性能概述
看懂程序的性能
一般来说，程序的性能能通过以下几个方面来表现：
- 执行速度：程序的反映是否迅速，响应时间是否足够短
- 内存分配：内存分配是否合理，是否过多地消耗内存或者存在泄漏
- 启动时间：程序从运行到可以正常处理业务需要花费多长时间
- 负责承受能力：当系统压力上升时，系统的执行速度、响应时间的上升曲线是否平缓
性能的参考指标
为了能够科学地进行性能分析，对性能指标进行定量评测是非常重要的。目前，一些可以用于定量评测的性能指标有：
- 执行时间：一段代码从开始运行到运行结束，所使用的时间
- CPU时间：函数或者线程占用CPU的时间
- 内存分配：程序在运行时占用的内存空间
- 磁盘吞吐量：描述I/O的使用情况
- 网络吞吐量：描述网络的使用情况
- 响应时间：系统对某用户行为或者事件做出响应的时间。响应时间越短，性能越好
木桶原理与性能瓶颈
木桶原理又称“短板理论”，其核心思想是：一只木桶盛水的多少，并不取决于桶壁上最高的那块木块，而是取决于桶壁上最短的那块。
将这个理论应用到系统性能优化上可以这么理解，即使系统拥有充足的内存资源和CPU资源，但是如果磁盘I/O性能低下，那么系统的总体性能是取决于当前最慢的自盘I/O速度，而不是其他。在这种情况下，如果需要进一步提升系统性能，优化内存或者CPU资源是毫无用处的。只有提高磁盘I/O性能才能对系统的整体性能进行优化。
根据应用的特点不同，任何计算机资源都有可能成为系统瓶颈。其中，最具有可能成为系统瓶颈的计算资源如下：
- 磁盘I/O：由于磁盘I/O读写的速度要比内存慢很多，程序在运行过程中，如果需要等待磁盘I/O完成，那么低效的I/O操作会拖累整个系统
- 网络操作：对网络数据进行读写的情况与磁盘I/O类似。由于网络环境的不确定性，尤其是对互联网上数据的读写，网络操作的速度可能比本地磁盘I/O更慢。因此，如不加特殊处理，也极有可能成为系统瓶颈
- CPU：对计算资源要求较高的应用，由于其长时间、不间断地大量占用CPU资源，那么对CPU的争夺将导致性能问题。如科学计算，3D渲染等对CPU需求旺盛的应用
- 异常：对Java应用来说，异常的捕获和处理是非常消耗资源的。如果程序高频率地进行异常处理，则整体性能便会有明显下降
- 数据库：大部分应用程序都离不开数据库，而海量数据的读写操作可能是相当费时的，而应用程序可能需要等待数据库操作完成或者返回请求的结果集，那么缓慢的同步操作将成为系统瓶颈
- 锁竞争：对高并发程序来说，如果存在激烈的锁竞争，无疑是对性能极大的打击。锁竞争将会明显增加线程上下文切换的开销。而且，这些开销都是与应用需求无关的系统开销，白白占用宝贵的CPU资源，却不带来任务好处
- 内存：一般来说，只要应用程序设计合理，内存在读写速度上不太可能成为性能瓶颈。除非应用程序进行了高频率的内存交换和扫描，但这些情况比较少见。使内存制约系统性能的最可能的情况是内存大小不足。与磁盘相比，内存的大小似乎小的可怜，这意味着应用软件只能尽可能将常用的核心数据读入内存，这在一定程度上降低了系统性能
Amdahl定律
amdahl定律是计算机科学中非常重要的定律，它定义了串行系统并行化后加速比的计算公式和理论上限：
加速比定义：加速比 = 优化前系统耗时 / 优化后系统耗时
所谓加速比，就是优化前的耗时与优化后耗时的比值。加速比越高，标明优化效果越明显。
amdahl定律给出了加速比与系统并行度和处理器数量的关系。设加速比为S，系统内必须串行化的程序比重为F，CPU处理器数量为N，则有：S <= 1 / F + ( 1 - F ) / N
性能调优的层次
设计调优
设计调优处于所有调优的上层，它往往需要在软件开发之前进行。在软件开发之初，软件架构师就应该评估系统可能存在的各种潜在问题，并给出合理的设计方案。由于软件设计和架构对软件整体质量有决定性的影响，所以，设计调优对系统性能的影响也是最大的。
设计优化的一大显著特点是，它可以规避某一个组件的性能问题，而非改良该组件的实现。比如，系统中组件A需要等待某时间E才出发一个行为。如果组件A通过循环监控不断监测时间E是否发生，其监测行为必然会占用部分系统资源，因此，开发人员必须在监测频率和资源消耗间取得平衡。如果监测太低，虽然资源消耗减少，但是系统实时反应性就会降低。如果进行代码层的调优，就需要优化监测方法的实现以及求得一个最为恰当的监测频率
代码调优
代码调优是在软件开发过程中，或者在软件开发完成后，软件维护过程中进行的对程序代码的改进和优化。代码优化涉及诸多编码技巧，需要开发人员熟悉相关的语言的API，并在合适的场景中正确使用相关API或类库。同时，对算法，数据机构的灵活使用，也是代码优化的重要内容
JVM调优
由于Java软件总是运行在JVM虚拟机上，对JVM虚拟机进行优化也能在一定程度上提升Java程序的性能。JVM调优通常可以在软件开发后期进行，如在软件开发完成，或者在软件开发的某一里程碑阶段。
作为Java软件的运行平台，JVM的各项参数将会直接影响Java程序的性能。比如，JVM的堆大小，垃圾回收策略等
要进行JVM层面的调优，需要开发人员对JVM的运行原理和基本内存结构有一定了解。如堆内存的结构，GC的种类等
数据库优化
对绝大部分应用系统而言，数据库是必不可少的一部分，Java程序可以使用JDBC的方式连接数据库，对数据库的调优分为3个部分：
- 在对