首页 > 其他分享 >案例分析:如何用设计模式优化性能2

案例分析:如何用设计模式优化性能2

时间:2024-09-09 21:51:14浏览次数:11  
标签:对象 代码 代理 模式 案例 单例 new 设计模式 优化

设计模式就是对常用开发技巧进行的总结,它使得程序员之间交流问题,有了更专业、便捷的方式。比如,我们在《02 | 理论分析:性能优化有章可循,谈谈常用的切入点》中提到,I/O 模块使用的是装饰器模式,你就能很容易想到 I/O 模块的代码组织方式。

事实上,大多数设计模式并不能增加程序的性能,它只是代码的一种组织方式。本课时,我们将一一举例讲解和性能相关的几个设计模式,包括代理模式、单例模式、享元模式、原型模式等。

如何找到动态代理慢逻辑的原因?

Spring 广泛使用了代理模式,它使用 CGLIB 对 Java 的字节码进行了增强。在复杂的项目中,会有非常多的 AOP 代码,比如权限、日志等切面。在方便了编码的同时,AOP 也给不熟悉项目代码的同学带来了很多困扰。

下面我将分析一个使用 arthas 找到动态代理慢逻辑的具体原因,这种方式在复杂项目中,非常有效,你不需要熟悉项目的代码,就可以定位到性能瓶颈点。

首先,我们创建一个最简单的 Bean(代码见仓库)。

@Component 
public class ABean { 
    public void method() { 
        System.out.println("*******************"); 
    } 
} 

然后,我们使用 Aspect 注解,完成切面的书写,在前置方法里,我们让线程 sleep 了 1 秒钟。

@Aspect 
@Component 
public class MyAspect { 
    @Pointcut("execution(* com.github.xjjdog.spring.ABean.*(..)))") 
    public void pointcut() { 
    }  
    @Before("pointcut()") 
    public void before() { 
        System.out.println("before"); 
        try { 
            Thread.sleep(TimeUnit.SECONDS.toMillis(1)); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            throw new IllegalStateException(); 
        } 
    } 
} 

创建一个 Controller,当访问 /aop 链接时,将会输出 Bean 的类名称,以及它的耗时。

@Controller 
public class AopController { 
    @Autowired 
    private ABean aBean;  
    @ResponseBody 
    @GetMapping("/aop") 
    public String aop() { 
        long begin = System.currentTimeMillis(); 
        aBean.method(); 
        long cost = System.currentTimeMillis() - begin; 
        String cls = aBean.getClass().toString(); 
        return cls + " | " + cost; 
    } 
} 

执行结果如下,可以看到 AOP 代理已经生效,内存里的 Bean 对象,已经变成了EnhancerBySpringCGLIB 类型,调用方法 method,耗时达到了1023ms。

class com.github.xjjdog.spring.ABean$$EnhancerBySpringCGLIB$$a5d91535 | 1023 

下面使用 arthas 分析这个执行过程,找出耗时最高的 AOP 方法。启动 arthas 后,可以从列表中看到我们的应用程序,在这里,输入 2 进入分析界面。

在终端输入 trace 命令,然后访问 /aop 接口,终端将打印出一些 debug 信息,可以发现耗时操作就是 Spring 的代理类。

trace com.github.xjjdog.spring.ABean method 

代理模式

代理模式(Proxy)可以通过一个代理类,来控制对一个对象的访问。

Java 中实现动态代理主要有两种模式:一种是使用 JDK,另外一种是使用 CGLib。

  • 其中,JDK 方式是面向接口的,主 要的相关类是 InvocationHandler 和 Proxy;
  • CGLib 可以代理普通类,主要的相关类是 MethodInterceptor 和 Enhancer。

这个知识点面试频率非常高,仓库中有这两个实现的完整代码,这里就不贴出来了。

下面是 JDK 方式和 CGLib 方式代理速度的 JMH 测试结果:

Benchmark              Mode  Cnt      Score      Error   Units 
ProxyBenchmark.cglib  thrpt   10  78499.580 ± 1771.148  ops/ms 
ProxyBenchmark.jdk    thrpt   10  88948.858 ±  814.360  ops/ms 

我现在用的 JDK 版本是 1.8,可以看到,CGLib 的速度并没有传得那么快(有传言高出10 倍),相比较而言,它的速度甚至略有下降。 我们再来看下代理的创建速度,结果如下所示。可以看到,在代理类初始化方面,JDK 的吞吐量要高出 CGLib 一倍。

Benchmark                    Mode  Cnt      Score      Error   Units 
ProxyCreateBenchmark.cglib  thrpt   10   7281.487 ± 1339.779  ops/ms 
ProxyCreateBenchmark.jdk    thrpt   10  15612.467 ±  268.362  ops/ms 

综上所述,JDK 动态代理和 CGLib 代理的创建速度和执行速度,在新版本的 Java 中差别并不是很大,Spring 选用了 CGLib,主要是因为它能够代理普通类的缘故。

单例模式

Spring 在创建组件的时候,可以通过 scope 注解指定它的作用域,用来标示这是一个prototype(多例)还是 singleton(单例)。

当指定为单例时(默认行为),在 Spring 容器中,组件有且只有一份,当你注入相关组件的时候,获取的组件实例也是同一份。

如果是普通的单例类,我们通常将单例的构造方法设置成私有的,单例有懒汉加载和饿汉加载模式。

了解 JVM 类加载机制的同学都知道,一个类从加载到初始化,要经历 5 个步骤:加载、验证、准备、解析、初始化。

其中,static 字段和 static 代码块,是属于类的,在类加载的初始化阶段就已经被执行。它在字节码中对应的是 方法,属于类的(构造方法)。因为类的初始化只有一次,所以它就能够保证这个加载动作是线程安全的。

根据以上原理,只要把单例的初始化动作,放在方法里,就能够实现饿汉模式

private static Singleton instace = new Singleton();  

饿汉模式在代码里用的很少,它会造成资源的浪费,生成很多可能永远不会用到的对象。 而对象初始化就不一样了。通常,我们在 new 一个新对象的时候,都会调用它的构造方法,就是,用来初始化对象的属性。由于在同一时刻,多个线程可以同时调用函数,我们就需要使用 synchronized 关键字对生成过程进行同步。

目前,公认的兼顾线程安全和效率的单例模式,就是 double check。很多面试官,会要求你手写,并分析 double check 的原理。

如上图,是 double check 的关键代码,我们介绍一下四个关键点:

  • 第一次检查,当 instance 为 null 的时候,进入对象实例化逻辑,否则直接返回。
  • 加同步锁,这里是类锁。
  • 第二次检查才是关键。如果不加这次判空动作,可能会有多个线程进入同步代码块,进而生成多个实例。
  • 最后一个关键点是 volatile 关键字。在一些低版本的 Java 里,由于指令重排的缘故,可能会导致单例被 new 出来后,还没来得及执行构造函数,就被其他线程使用。 这个关键字,可以阻止字节码指令的重排序,在写 double check 代码时,习惯性会加上 volatile。

可以看到,double check 的写法繁杂,注意点很多,它现在其实是一种反模式,已经不推荐使用了,我也不推荐你用在自己的代码里。但它能够考察面试者对并发的理解,所以这个问题经常被问到。

推荐使用 enum 实现懒加载的单例,代码片段如下:

《Effective Java》这本书也同样推荐了该方式。

public class EnumSingleton { 
    private EnumSingleton() { 
    } 
    public static EnumSingleton getInstance() { 
        return Holder.HOLDER.instance; 
    } 
    private enum Holder { 
        HOLDER; 
        private final EnumSingleton instance; 
        Holder() { 
            instance = new EnumSingleton(); 
        } 
    } 
} 

享元模式

享元模式(Flyweight)是难得的,专门针对性能优化的设计模式,它通过共享技术,最大限度地复用对象。享元模式一般会使用唯一的标识码进行判断,然后返回对应的对象,使用 HashMap 一类的集合存储非常合适。

上面的描述,我们非常熟悉,因为在过去的一些课时中,我们就能看到很多享元模式的身影,比如《09 | 案例分析:池化对象的应用场景》里的池化对象和《10 | 案例分析:大对象复用的目标和注意点》里的对象复用等。

设计模式对这我们平常的编码进行了抽象,从不同的角度去解释设计模式,都会找到设计思想的一些共通点。比如,单例模式就是享元模式的一种特殊情况,它通过共享单个实例,达到对象的复用。

值得一提的是,同样的代码,不同的解释,会产生不同的效果。比如下面这段代码:

Map<String,Strategy> strategys = new HashMap<>(); 
strategys.put("a",new AStrategy()); 
strategys.put("b",new BStrategy()); 

如果我们从对象复用的角度来说,它就是享元模式;如果我们从对象的功能角度来说,那它就是策略模式。所以大家在讨论设计模式的时候,一定要注意上下文语境的这些差别。

原型模式

原型模式(Prototype)比较类似于复制粘贴的思想,它可以首先创建一个实例,然后通过这个实例进行新对象的创建。在 Java 中,最典型的就是 Object 类的 clone 方法

但编码中这个方法很少用,我们上面在代理模式提到的 prototype,并不是通过 clone 实现的,而是使用了更复杂的反射技术。

一个比较重要的原因就是 clone 如果只拷贝当前层次的对象,实现的只是浅拷贝。在现实情况下,对象往往会非常复杂,想要实现深拷贝的话,需要在 clone 方法里做大量的编码,远远不如调用 new 方法方便。

实现深拷贝,还有序列化等手段,比如实现 Serializable 接口,或者把对象转化成 JSON。

所以,在现实情况下,原型模式变成了一种思想,而不是加快对象创建速度的工具

标签:对象,代码,代理,模式,案例,单例,new,设计模式,优化
From: https://blog.csdn.net/xiaoxu2022xiaoxu/article/details/142026957

相关文章

  • 多输入多输出 | Matlab实现DBO-BP蜣螂算法优化BP神经网络多输入多输出预测
    多输入多输出|Matlab实现DBO-BP蜣螂算法优化BP神经网络多输入多输出预测目录多输入多输出|Matlab实现DBO-BP蜣螂算法优化BP神经网络多输入多输出预测预测效果基本介绍程序设计往期精彩参考资料预测效果基本介绍多输入多输出|Matlab实现DBO-BP蜣螂算法......
  • tsx 基本使用方式案例、tsx 使用class 方式
    tsx子组件、tsx使用class方式tsx组件代码import{defineComponent,PropType,h,computed,ref,watch}from'vue';importtype{Reactive,Ref}from'vue';importstylesfrom'../scss/child.module.scss';//函数局部组件实现constmyDiv=......
  • 爬虫案例2-爬取视频的三种方式之一:requests篇(1)
    @目录前言爬虫步骤确定网址,发送请求获取响应数据对响应数据进行解析保存数据完整源码共勉博客前言本文写了一个爬取视频的案例,使用requests库爬取了好看视频的视频,并进行保存到本地。后续也会更新selenium篇和DrissionPage篇。当然,爬取图片肯定不止这三种方法,还有基于python的sc......
  • 单例设计模式2(饿汉式)
    今天我们来讲的是单例设计模式中的饿汉式。咱们依旧先从字面上面先了解,饿汉说明了饭量大,要吃的食物很多。饿汉式的名字就是因为它所占用的内存相对较高,但是它的效率也要较高。因为饿汉式不管你现在要不要该对象,只要我们的类加载了,就会把对象创建出来,然后占用内存。饿汉式不管......
  • Java单例设计模式(懒汉式与饿汉式)
    思考这样一个问题如果要在类的外部有且只有一个对象,我们需要怎么做呢首先要保证构造方法私有化,保证不能用new的方法来在外部创建对象一.单例设计模式单例设计模式是一种常见的设计模式,用于确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问该实例。无论是懒汉式还是饿汉......
  • eplan软件许可优化解决方案
    Eplan软件介绍Eplan是一款专业的电气设计软件,用于自动化工程和电气系统的设计与文档化。它由德国的EplanSoftware&ServiceGmbH开发,并在全球范围内广泛应用于工程设计和电气工程领域。Eplan软件提供了全面的工具和功能,以简化和优化电气设计流程。它支持从初始设计到最终制造......
  • 客户案例 | 使用 BigQuery 和 AutoML 消除电视行业的数据孤岛和分散
    在这个客户案例中,我们会介绍一家大众媒体公司如何利用BigQuery和AutoML消除数据孤岛和分散。通过参考真实的GoogleCloud案例研究,我们总结了GoogleCloud的服务和产品如何使客户的业务受益。客户所属行业:广告媒体项目期间引入的GoogleCloud产品和配置列表:BigQuery:数......
  • 掌握 13 个页面 SEO 优化要素,轻松提升网站排名
    页面SEO通过优化网站各个部分来帮助搜索引擎抓取和理解页面,提高搜索排名。除了内容,网站速度、移动设备友好性等因素也很重要。页面SEO不仅能提高点击率和访问量,还能提升品牌可信度,是其他SEO工作的基础,如建立链接等。以下我将介绍13个关键的页面SEO元素,从E-E-A-T......
  • 洛谷题单指南-常见优化技巧-P1886 滑动窗口 /【模板】单调队列
    原题链接:https://www.luogu.com.cn/problem/P1886题意解读:单调队列模版题。解题思路:采用双端队列维护单调的序列,单调队列三部曲:1、去头,当窗口内元素个数超过k,队头出队2、去尾,当要加入的元素会破坏单调性,队尾出队3、入队,将元素的下标存入队列每一次入队后,队头元素即为窗口最......
  • SWAP作物生长模型安装教程、数据制备、敏感性分析、气候变化影响、R模型敏感性分析与
    查看原文>>>全流程SWAP农业模型数据制备、敏感性分析及气候变化影响实践技术应用SWAP模型是由荷兰瓦赫宁根大学开发的先进农作物模型,它综合考虑了土壤-水分-大气以及植被间的相互作用;是一种描述作物生长过程的一种机理性作物生长模型。它不但运用Richard方程,使其能够精确的模......