【面试突击】性能优化面试实战

news2024/10/5 14:17:04

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性能优化面试实战

优化数据库连接池

高并发场景下的数据库连接池应该如何进行优化？

数据库连接池中存放的就是数据库的连接，要对连接池优化，可以从建立连接的超时时间、连接池中的连接数量限制来考虑

简单来说，就是如果建立连接或者发送请求失败，不要一直阻塞等待，设置超时时间，失败了就断开重连就好了！

  1. maxWait 设置

maxWait参数表示从连接池中获取连接时的最大等待时间，单位是毫秒

推荐设置值为 1000，表示等待 1s 之后还没有获取链接，就算等待超时

如果 maxWait 设置为 -1，那么在高并发场景下，瞬间连接池中的连接都被占用了，大量的请求拿不到连接，无限等待，最终导致 Tomcat 服务器中的线程耗尽，无法对外继续提供服务

  1. connectionProperties 设置

可以放 connectionTimeout 和 socketTimeout 属性，表示 建立TCP连接的超时时间 和 发送请求后等待响应的超时时间

推荐设置值为：

  • connectionTimeout = 1200
  • socketTimeout = 3000

不设置这两个值的话，如果高并发场景下，万一碰到了网络问题，导致和数据库的 Socket 连接异常无法通信，那么服务端的 Socket 一直阻塞等待响应，其他请求就无法获取这个连接处理自己的任务

通过设置这两个值，保证在一定时间没有处理完，就算超时，断开连接重连

  1. maxActive 设置

最大连接池数量，一般建议是设置个20就够了

如果确实有高并发场景，可以适当增加到 3~5 倍，但是不要太多，其实一般这个数字在几十到 100 就很大了，因为这仅仅是你一个服务连接数据库的数量，还有其他的服务，而且数据库整体能承受的连接数量是有限的

连接越多不是越好，数据库连接太多了，会导致 CPU 负载很高，可能反而会导致性能降低的，所以这个参数你一般设置个 20，最多再加几十个就差不多了

优化系统 TPS

如果压测的时候发现系统的 TPS 不达标，此时应该如何优化系统？

这里说一下优化系统的思路，首先，TPS 不达标，一定要去检查 SQL，比如存不存在比较慢的 SQL，比如一个 SQL 执行 500ms 或者 1s，那你线程再多，也处理不了多少的请求，所以要先检查慢 SQL，第一步：对数据库建立索引进行优化

接下来检查有没有耗时较长的接口，比如一个接口耗时 500ms 甚至 1s，不过接口耗时太长一般都是 SQL 太慢，如果 SQL 优化过之后，接口耗时还是很长，第二步：可以考虑异步化或多线程进行优化

还可以对 Tomcat 进行优化，通过修改 Tomcat 的参数，Tomcat 默认最大线程数是 200 个，那么可以扩大至 500 个或者 800 个，并且加大 Tomcat 中等待队列的长度以及连接建立数量的限制，主要是 3 个参数：maxThreads、acceptCount、maxConnections，第三步：对 Tomcat 进行优化

代码方面优化做完了，接下来就可以对机器方面进行优化，比如一台服务单机抗 800 个请求，你需要抗 3000 个请求，那么就再扩充 3 台机器，总共 4 台机器，每秒就可以抗 3200 个请求，第四步：扩充机器

Tomcat 调优

为什么对 SpringBoot 嵌入式的 Web 服务器 Tomcat 进行调优？

  • Tomcat三大配置maxThreads、acceptCount、maxConnections

    1. 最大线程数maxThreads

      决定了Web服务器最大同时可以处理多少个请求任务数量

      线程池最大线程数，默认值200

    2. 最大等待数accept-count

      是指队列能够接受的最大等待数，如果等待队列超了请求会被拒绝

      默认值100

    3. 最大连接数MaxConnections

      是指在同一时间，Tomcat能够接受的最大连接数，如果设置为-1，则不限制连接数

      最大连接数和最大等待数关系：当连接数达到最大连接数后还会继续接请求，但不能超过最大等待数，否则拒绝连接

最大线程数的值应该设置多少合适呢？

  • 需要基于业务系统的监控结果来定：RT（响应时间）均值很低不用设置，RT均值很高考虑加线程数
  • 接口响应时间低于100毫秒，足以产生足够的TPS
  • 如果没有证据表明系统瓶颈是线程数，则不建议设置最大线程数
  • 个人经验值：1C2G线程数200，4C8G线程数800

调优结论：在高负载场景下，TPS提升近1倍，RT大幅降低，异常占比降低

注意：配置修改需确认配置生效，否则再苦再累也白搭！

Tomcat 调优配置

  1. 修改配置

在 SpringBoot 项目中的 yml 文件中，对嵌入的 Tomcat 进行如下配置：

# Tomcat的maxConnections、maxThreads、acceptCount三大配置，分别表示最大连接数，最大线程数、最大的等待数，可以通过application.yml配置文件来改变这个三个值，一个标准的示例如下：
server.tomcat.uri-encoding: UTF-8
# 思考问题：一台服务器配置多少线程合适？
server.tomcat.accept-count: 1000 # 等待队列最多允许1000个请求在队列中等待
server.tomcat.max-connections: 20000 # 最大允许20000个链接被建立
## 最大工作线程数，默认200, 4核8g内存，线程数经验值800
server.tomcat.threads.max: 800 # 并发处理创建的最大的线程数量
server.tomcat.threads.min-spare: 100 # 最大空闲连接数，防止突发流量

修改之后，我们使用 SpringBoot Actuator 来管理和监听应用程序

  1. 集成 Actuator

官方文档：https://docs.spring.io/spring-boot/docs/current/reference/html/actuator.html#actuator.enabling

  • 引入依赖
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>
  • 配置文件暴露监控点
# 暴露所有的监控点
management.endpoints.web.exposure.include: '*'
# 定义Actuator访问路径
management.endpoints.web.base-path: /actuator
# 开启endpoint 关闭服务功能
management.endpoint.shutdown.enabled: true
# 暴露的数据中添加application label
management.metrics.tags.application: hero_mall

访问 http://localhost:8081/actuator 可以查看所有配置

在这里插入图片描述

找到configprops，访问链接，搜索tomcat查看是否配置成功

在这里插入图片描述

Web 容器优化

将Tomcat容器升级为Undertow

Undertow是一个用Java编写的灵活的高性能Web服务器，提供基于NIO的阻塞和非阻塞API。

  • 支持Http协议
  • 支持Http2协议
  • 支持Web Socket
  • 最高支持到Servlet4.0
  • 支持嵌入式

SpringBoot的web环境中默认使用Tomcat作为内置服务器，其实SpringBoot提供了另外2种内置的服务器供我们选择，我们可以很方便的进行切换。

  • Undertow红帽公司开发的一款基于 NIO 的高性能 Web 嵌入式服务器 。轻量级Servlet服务器，比Tomcat更轻量级没有可视化操作界面，没有其他的类似jsp的功能，只专注于服务器部署，因此undertow服务器性能略好于Tomcat服务器；
  • Jetty开源的Servlet容器，它是Java的web容器。为JSP和servlet提供运行环境。Jetty也是使用Java语言编写的。

配置Undertow

  1. 在spring-boot-starter-web排除tomcat
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>
  1. 导入其他容器的starter
<!--导入undertow容器依赖-->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>
  1. 配置
# 设置IO线程数, 它主要执行非阻塞的任务,它们会负责多个连接
server.undertow.threads.io: 800
# 阻塞任务线程池, 当执行类似servlet请求阻塞IO操作, undertow会从这个线程池中取得线
程
# 默认值是IO线程数*8
server.undertow.threads.worker: 8000
# 以下的配置会影响buffer,这些buffer会用于服务器连接的IO操作,有点类似netty的池化内
存管理
# 每块buffer的空间大小越小，空间就被利用的越充分，不要设置太大，以免影响其他应用，合
适即可
server.undertow.buffer-size: 1024
# 每个区分配的buffer数量 , 所以pool的大小是buffer-size * buffers-per-region
# 是否分配的直接内存(NIO直接分配的堆外内存)
server.undertow.direct-buffers: true

小结：

  • 更换了服务容器之后，RT更加平稳，TPS的增长趋势更平稳，异常数（超时3s）几乎为0。
  • 在低延时情况下，接口通吐量不及Tomcat。
  • 稳定压倒一切，如果只是写json接口，且对接口响应稳定性要求高，可以选用Undertow

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