从虚拟机视角谈Java应用性能优化 - 编程入门网

从虚拟机视角谈Java应用性能优化

Java 的普及和广泛应用，以及其基于虚拟机运行的机制，使得性能问题越来越重要。本文从 Java 虚拟机的角度，特别是垃圾回收机制来剖析了 Java 应用程序设计需要注意的方面，并总结出了几条非常容易被忽视的设计、编写代码的原则和习惯。最后通过实例来介绍几种主要的 Java Profiler 工具对我们进行开发和分析的帮助。本文要求读者具有一定的 Java 虚拟机的基础知识，一定的 Java 设计模式和开发经验。通过阅读本文，读者能从 Java 运行的本质上对性能方面有一个很好的把握，在设计和编码的过程中，遵循文中总结的原则和习惯，对于提高性能、可维护性、可扩展性很有帮助。同时让读者了解利用 profiler 工具来分析 Java 程序的性能。

开始之前

Java 平台已无处不在，Java EE、Java SE、Java ME 和 Java Card，Java 的发展为无数程序员提供了工作机会，都是“Java”，然而除了基本的 Java 语法大都一致外，程序员必须基于不同的平台有不同的考虑，学习不同平台的特点：

不同平台的环境

Java EE 所运行的硬件服务器、操作系统，Java SE 所在 PC 机的体系结构（X86/X64、MAC、SPARC 等），Java ME 所运行的手机或移动设备，Java Card 所在的智能卡芯片类型等；

不同平台虚拟机的特点

如是否支持多线程（这似乎是毋庸置疑，但是在 Java Card 平台上，由于计算资源相当有限，多线程目前还不被支持），Java EE 和 Java SE 的虚拟机特性几乎相同，而 Java ME 虚拟机（KVM）根据移动设备的特点进行裁剪和优化，以适应于有限的物理内存和存储空间，而根据设备处理能力的强弱还分为 CDC（Connected Device Configuration，联网设备配置）和 CLDC（Connected Limited Device Configuration，联网受限设备配置），更小设备和智能卡的虚拟机 JCVM（Java Card VM）更是裁剪了许多特性，如多线程、许多复杂数据类型的支持、主动的垃圾收集机制等，这甚至导致了对 Java 语法集的裁剪；

不同平台的 API 和可用的第三方库

Java EE 和 Java SE 是超集与子集的关系，因为她们所处的计算机平台和操作系统目前很好的兼容，而 Java ME 和 Java Card 与 EE 和 SE 是 Totally different，除了 java.lang.*，部分 java.io.* 等核心类库保留外，其他的 API 和类库完全不同。java.microedition.* 和 javax.microedition.* 表明这是 ME 平台，javacard.* 表明这是 Java Card 平台。同时，由于 EE 和 SE 平台的普及程度和开发者人数，使得之上的第三方库十分海量。深入了解和掌握平台的 API 和库是不同平台程序员进阶的必由之路。

从这个角度上说，Java 在不同的平台之间，并不是“一次编写、处处运行”，考虑应用程序的设计和优化的时候，首先要看是在什么平台上，因为源于以上不同的特点，编程模型、设计模式，甚至语言集都不尽相同。在这里我们着重考虑 Java EE 和 SE 的视角，但有很多设计、编程原则和习惯对于所有平台的程序员来说，都适用。

Java 虚拟机

Java 虚拟机是支持 Java 语言运行的基础，避开过多的 JVM 和实现的技术细节，我们对基础架构进行了解，是进行应用程序优化必不可少的。如下图所示：

图 1. Java 虚拟机体系结构

从虚拟机视角谈Java应用性能优化(2)

类装载子系统：通过类的全限定名（包名和类名，网络装载还包括 URL）将 Class 装载进运行时数据区；

方法区：Class 对于所有方法和 static 静态数据的定义存储在这里，它就像一张表或数组，让程序执行时在这里找到相应方法的 Java 字节码和静态数据；

Java 堆：Java 对象的持久化存储区，从类实例化而来的对象存储在此，垃圾收集也在此进行，若是空

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