Cách cải thiện hiệu năng của các ứng dụng Java trong 9 bước

Sống trong kỷ nguyên kỹ thuật số là một phước lành cũng như một sự thất vọng. Khi máy tính và ứng dụng chạy trơn tru, chúng ta có xu hướng coi chúng là điều hiển nhiên. Nhưng khi máy tính đóng băng hoặc ứng dụng làm hỏng máy tính xách tay hoặc thiết bị di động, hiệu năng kém sẽ làm tăng căng thẳng.

Cho dù bạn là nhà phát triển có quyền truy cập vào mã nguồn hay chỉ đơn giản là người dùng cuối đang cố gắng tăng tốc ứng dụng Java chậm chạp khó chịu, chúng tôi có một tin tốt: có những bước bạn có thể thực hiện để cải thiện hiệu suất.

Java có giống như JavaScript không?

Tóm lại, không; Java và JavaScript là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau. Mặc dù cả hai đều là công nghệ hướng đối tượng, Java là môi trường phát triển trong đó các lập trình viên có thể mã hóa các ứng dụng được thiết kế để chạy cục bộ trong bộ nhớ của hệ thống.

Mặt khác, JavaScript được thiết kế để tạo các ứng dụng web và thường trùng với các công nghệ web khác như HTML và CSS. Hôm nay, chúng tôi sẽ xem xét các cách tốt nhất để cải thiện hiệu suất của các ứng dụng được viết bằng Java, nhưng không phải là JavaScript.

Nguyên nhân của hiệu suất ứng dụng kém

Nguyên nhân của một ứng dụng hoạt động kém là rất lớn, mặc dù nguyên nhân chính là một số ít vấn đề. Đương nhiên, hai nguyên nhân đầu tiên là thiết kế xấu và mã hóa phụ.

Mặc dù IDETHER và các trình soạn thảo mã làm nổi bật thử nghiệm và các đối tượng để làm cho chúng dễ đọc hơn với con người, có một khoảng cách giao tiếp giữa máy tính và con người. Bạn có thể phạm sai lầm khi xây dựng một ứng dụng – ở đó không có cách nào khác.

Máy tính đôi khi không hiểu ý định của bạn. Thay vào đó, nó chỉ thực hiện các hướng dẫn được đưa ra. Ngoài các lỗ hổng về thuật toán và mã hóa, sự thiếu hụt tài nguyên là một nguyên nhân phổ biến khác.

Phần cứng cục bộ như RAM và chu kỳ CPU ảnh hưởng đến hiệu suất ứng dụng, cũng như các tài nguyên khác như băng thông mạng. Ngoài ra, lưu ý rằng các sự cố hệ điều hành cục bộ thường ảnh hưởng đến hiệu suất ứng dụng.

Cách cải thiện hiệu năng ứng dụng Java – 9 bước

Trước khi chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về từng bước cụ thể, chúng tôi muốn cung cấp cho bạn tổng quan cấp cao về cách cải thiện hiệu năng của các ứng dụng Java, như sau:

1. Thực hiện kiểm tra hồ sơ và tải – lược tả ứng dụng Java của bạn sẽ giúp khám phá các điểm đau và nút thắt cổ chai.
2. Làm sạch mã và sửa đổi thuật toán – mã sạch dễ dàng hơn để duy trì, chỉnh sửa, đọc và tinh chỉnh; sửa đổi thuật toán của bạn làm giảm các cuộc gọi chức năng tautological.
3. Tránh đệ quy khi có thể – đệ quy là một điều ác cần thiết trong một số trường hợp, mặc dù vậy nó nên được sử dụng một cách tiết kiệm.
4. Nâng cấp phần cứng hệ thống – hiệu suất ứng dụng kém có thể không bắt nguồn từ mã và thuật toán kém; thay vào đó, nguyên nhân cơ bản có thể liên quan đến hệ thống chạy ứng dụng.
5. Tăng băng thông LAN và WAN – không phải tất cả các chức năng tương tác với phần cứng cục bộ; nếu ứng dụng của bạn nói chuyện với các hệ thống từ xa, cơ sở hạ tầng mạng của bạn có thể bị đổ lỗi.
6. Dọn dẹp hệ điều hành của bạn – hệ điều hành lộn xộn cần bảo trì để chạy các ứng dụng với khả năng tốt nhất.
7. Sử dụng StringBuilder để cải thiện hiệu quả – các chuỗi gần như không thể tránh khỏi trong hầu hết các ứng dụng, nhưng hoạt động của + + + rất kém hiệu quả.
8. Khai thác bộ nhớ đệm để cải thiện hiệu suất – bộ nhớ đệm là một trong những cách tốt nhất để giảm các cuộc gọi chức năng và khởi tạo đối tượng dư thừa.
9. Ủng hộ chồng lên đống – ngăn xếp hiệu quả hơn đối với tài nguyên hệ thống vì nó tự duy trì và giải phóng bộ nhớ mà các đối tượng không còn tồn tại.

Như đã nói, hãy để sâu hơn một chút vào từng phương thức để cải thiện hiệu năng ứng dụng Java.

1. Thực hiện kiểm tra hồ sơ và tải

Bước đầu tiên để cải thiện hiệu năng của các ứng dụng Java là xác định các khu vực cần cải thiện. Không biết vấn đề lớn nhất ở đâu, cố gắng tăng tốc ứng dụng cũng giống như ném phi tiêu vào phi tiêu trong khi bịt mắt. May mắn thay, có những công cụ phần mềm thu thập dữ liệu liên quan đến hiệu suất ứng dụng.

Công cụ đầu tiên chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng là phần mềm cấu hình Java. Một ví dụ như vậy là YourKit, Đây là một giải pháp phù hợp cho các doanh nghiệp cũng như người dùng cá nhân. YourKit cung cấp nhiều loại giấy phép như doanh nghiệp, học thuật, nguồn mở và tùy chọn cho mỗi chỗ ngồi.

Các tính năng của nó bao gồm, nhưng không giới hạn ở những điều sau đây:

• Cấu hình hiệu năng CPU
• Cấu hình hiệu năng bộ nhớ
• Phát hiện rò rỉ bộ nhớ
• Phân tích chủ đề và đồng bộ hóa
• Web, cơ sở dữ liệu và kiểm tra hiệu năng I / O

Công cụ này được thiết kế để sử dụng trên các hệ thống cục bộ, hệ thống từ xa, các dự án hiện đang được phát triển và thậm chí cả phần mềm sản xuất. YourKit Tuy nhiên, đây là trình biên dịch Java chất lượng duy nhất và có sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các giải pháp khác như EJ-Technologies, đã tạo ra JProfiler.

Công cụ này rất giống với YourKit và cung cấp các tùy chọn kiểm tra cho các phiên cục bộ và từ xa, kích hoạt ngoại tuyến, so sánh ảnh chụp nhanh, theo dõi yêu cầu (HTTP, RMI, dịch vụ web, EJB, sự kiện AWT, bắt đầu luồng, v.v.) và tạo đầu dò tùy chỉnh trong số nhiều tính năng khác. Cuối cùng, JProfiler cũng có các công cụ định hình phần cứng, luồng, từ xa và cơ sở dữ liệu.

2. Làm sạch mã và sửa đổi thuật toán

Mã nguồn phần mềm giống như bản nháp đầu tiên của một cuốn tiểu thuyết – nó không bao giờ hoàn hảo sau lần lặp đầu tiên và đòi hỏi phải sửa đổi đáng kể trước khi nó cuối cùng được đánh bóng. Trước hết, bạn nên cố gắng viết mã sạch mà bão hòa với các bình luận để bạn có thể điều hướng qua văn bản của mình và dễ dàng nhớ tại sao mỗi đối tượng được khởi tạo và tại sao mỗi chức năng được gọi.

Mặc dù giữ cho mã của bạn sạch sẽ giành chiến thắng trên một ứng dụng Java, nhưng nó giúp bạn cắt tỉa mã không cần thiết một cách hiệu quả hơn và tìm kiếm các điểm yếu và dự phòng trong các thuật toán của bạn. Mã sạch giúp quá trình gỡ lỗi diễn ra suôn sẻ hơn và giúp bạn sửa lỗi (như rò rỉ bộ nhớ) mà bạn đã xác định sau khi định hình và tải thử nghiệm phần mềm của bạn.

3. Tránh đệ quy khi có thể

Đệ quy là một chiến lược lập trình cơ bản trong đó một hàm gọi chính nó để giải quyết vấn đề. Recursion không nhất thiết là ác, tuy nhiên, nó là con dao hai lưỡi. Nó có lợi ích và sử dụng thực tế. Ví dụ, đệ quy làm cho mã sạch hơn và gọn hơn và giảm các lần lặp lặp của các vòng lặp và các hàm.

Vì đệ quy làm giảm độ phức tạp và khối lượng mã, nó giúp làm cho ứng dụng Java dễ bảo trì hơn. Thật không may, những lợi ích này đến ở mức giá của hiệu suất ứng dụng. Các cuộc gọi đệ quy và chức năng rất tốn kém liên quan đến tốc độ và hiệu suất vì chúng yêu cầu các chức năng bật và đẩy trên ngăn xếp.

Một giải pháp hiệu quả hơn để đệ quy, mặt khác, là lặp. Các thao tác lặp có thể khó đọc hơn và bao gồm nhiều ký tự và mã nguồn hơn đệ quy, nhưng chúng thích hợp hơn khi hiệu suất ứng dụng phải được tối đa hóa. Có thể không phải lúc nào cũng thực tế để từ bỏ đệ quy, nhưng giảm thiểu nó càng nhiều càng tốt sẽ giúp cải thiện hiệu năng của các ứng dụng Java.

4. Nâng cấp phần cứng hệ thống

Nhìn bề ngoài, có vẻ như một ứng dụng Java hoạt động kém phải được gây ra bởi một vấn đề phần mềm. Mặc dù nó có vẻ phản trực giác, nguyên nhân gốc rễ của hiệu suất kém có thể là vấn đề phần cứng. Cho dù bạn đang chạy một ứng dụng Java cục bộ hay từ xa, hệ thống mà ứng dụng Java đang chạy có thể không có đủ tài nguyên hệ thống để thực thi mã một cách thỏa đáng.

Thành phần dễ nhất để nâng cấp thường ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phần mềm là RAM. Bằng cách mở rộng dung lượng bộ nhớ trong máy tính của bạn, bạn sẽ giảm nguy cơ hệ thống hết dung lượng lưu trữ cho dữ liệu ứng dụng và buộc phải quay lại sử dụng ổ cứng làm RAM ngẫu hứng. Cách thực hành này được gọi là tệp trang và mặc dù nó có công dụng thực tế, nhưng tệp trang không mong muốn đối với các ứng dụng hiệu suất cao hơn RAM vì quá trình đọc và ghi chậm hơn đáng kể trên ổ cứng.

Hơn nữa, nếu ứng dụng Java của bạn tương tác đáng kể với ổ cứng (như ứng dụng sao lưu dữ liệu hoặc đồng bộ hóa), việc nâng cấp ổ cứng có thể cải thiện hiệu năng hệ thống. Chẳng hạn, bạn có thể nâng cấp lên một ổ đĩa có RPM cao hơn để các thủ tục đọc và ghi nhanh hơn. Tuy nhiên, lưu ý rằng ổ cứng nhanh nhất là SSD (Ổ đĩa thể rắn) và không chứa bộ phận chuyển động. Cuối cùng, một số hệ thống, nhưng không phải tất cả, cũng có khả năng mở rộng CPU, mặc dù vậy, nó không dễ dàng nâng cấp như RAM.

5. Tăng băng thông LAN và WAN

Mặc dù phần cứng máy chủ và cục bộ là thành phần chính của các ứng dụng Java – bao gồm cả các ứng dụng web Java – nhưng đó không phải là nút cổ chai tiềm năng duy nhất. Cho dù bạn lưu trữ các ứng dụng web Java cục bộ trên mạng LAN, trên mạng nội bộ hoặc từ xa, băng thông đóng một vai trò quan trọng liên quan đến tính khả dụng và hiệu suất của các ứng dụng của bạn – đặc biệt là trong thời gian tải cao điểm.

Nói chung, băng thông LAN thường rất phong phú và rẻ tiền, trong khi băng thông mạng LAN đắt tiền và thiếu thốn. Tuy nhiên, lưu lượng mạng LAN khác có thể vượt ra khỏi mạng cục bộ mà máy chủ chạy các ứng dụng web Java được kết nối. Vấn đề này có thể được giải quyết theo một trong hai cách.

Trước tiên, bạn có thể chọn nâng cấp các thiết bị chuyển mạch và cơ sở hạ tầng mạng cục bộ thành giải pháp Gigabit Ethernet hoặc 10Gigabit Ethernet để giảm bớt tắc nghẽn mạng. Ngoài ra, bạn có thể triển khai chính sách QoS (Chất lượng dịch vụ) ưu tiên lưu lượng đến và từ máy chủ lưu trữ các ứng dụng Java trên các loại lưu lượng khác.

Hơn nữa, ngoài việc tăng băng thông mạng WAN (có thể yêu cầu chọn một ISP khác), bạn có thể thực hiện cân bằng tải để tận dụng tốt hơn các kết nối ISP dự phòng. Hãy nhớ rằng, các ứng dụng Java hoạt động kém có thể không nhất thiết phải do sự cố phần mềm và có thể bị ảnh hưởng bởi tắc nghẽn mạng.

6. Dọn dẹp hệ điều hành của bạn

Hệ điều hành yêu cầu vệ sinh và bảo trì để chạy với hiệu suất cao nhất và sử dụng hiệu quả tài nguyên hệ thống. Một hệ điều hành thiếu sáng suốt có xu hướng chậm lại và cảm thấy chậm chạp. Ví dụ: bạn có thể có rất nhiều quá trình vô hình đang chạy trong nền mà bạn đã không biết về.

Hơn nữa, quy trình cài đặt của nhiều ứng dụng sẽ tự động thêm phần mềm mới vào danh sách các ứng dụng khởi chạy khi khởi động. Các ứng dụng này không chỉ khiến hệ thống khởi động chậm hơn mà còn làm mất tài nguyên hệ thống quan trọng như RAM và chu kỳ CPU có thể được sử dụng để chạy ứng dụng Java.

Cắt tỉa quá trình và ứng dụng cần thiết và không mong muốn sẽ giúp dọn dẹp hệ điều hành của bạn, cũng như chạy trình dọn dẹp registry trên các hệ thống Windows. Trình dọn dẹp sổ đăng ký có thể giảm thiểu và loại bỏ lỗi DLL và lỗi thời gian chạy bằng cách xóa các mục sai trong sổ đăng ký và tạo lại cấu trúc chỉ mục.

Hơn nữa, một nhiệm vụ vệ sinh khác – nên được sử dụng một cách tiết kiệm – là chống phân mảnh ổ cứng của bạn. Theo thời gian, khi các tập tin liên tục được ghi và xóa khỏi ổ cứng, chúng có thể trở thành một mớ hỗn độn ngổn ngang, hỗn loạn. Công cụ chống phân mảnh làm tròn tất cả dữ liệu của bạn và viết lại thành các khối liền kề, giúp giảm thời gian cho ổ cứng đọc thông tin.

Nhưng được cảnh báo trước: quá trình chống phân mảnh rất đòi hỏi và đánh thuế vào ổ cứng. Nếu bạn chống phân mảnh hàng ngày, hàng tuần hoặc thậm chí hàng tháng, bạn sẽ giảm đáng kể tuổi thọ của ổ cứng. Một tần suất hợp lý và thực tế hơn là khoảng hai đến ba lần mỗi năm.

7. Sử dụng StringBuilder để cải thiện hiệu quả

Chuỗi là một loại dữ liệu phổ biến trong phần lớn các ứng dụng – chúng rất khó tránh hoặc bỏ qua. Thật không may, nối chuỗi là không hiệu quả như nó là thường xuyên. Có vẻ như cách tốt nhất để nối chuỗi là với hoạt động của + + +, nhưng đây là một hoạt động được sử dụng quá mức mà cực kỳ kém hiệu quả.

Vấn đề là hoạt động của +1 + = phân bổ một chuỗi hoàn toàn mới mỗi khi nó được sử dụng, có thể tạo ra rất nhiều dữ liệu chuỗi dư thừa và không cần thiết. Mặc dù sử dụng thao tác này ngay bây giờ và sau đó giành chiến thắng khiến ứng dụng Java của bạn bị đình trệ, nhưng mọi thao tác nhỏ đều cộng lại. Hãy tưởng tượng bao nhiêu lần sự không hiệu quả này có thể được phóng to trong một vòng lặp?

May mắn thay, có một sự thay thế hiệu quả hơn. Các StringBuilder đối tượng được thiết kế như là một thay thế hiệu quả cho các hoạt động nối cơ bản. Tập thói quen sử dụng kiểu dữ liệu này thay vì sử dụng tốc ký lười biếng của hoạt động trên + + nếu bạn muốn cải thiện hiệu năng của các ứng dụng Java.

8. Khai thác bộ nhớ đệm để cải thiện hiệu suất

Bộ nhớ đệm là một trong những cách hiệu quả nhất để tăng hiệu quả của các ứng dụng Java. Khái niệm cốt lõi của bộ nhớ đệm là hợp nhất nhiều cuộc gọi và chức năng thành một tài nguyên có thể sử dụng lại. Mặc dù có rất nhiều hình thức lưu trữ, nhưng khi hầu hết mọi người ở đây sử dụng từ ‘bộ nhớ đệm, thì điều đầu tiên nảy sinh trong tâm trí là công nghệ cơ sở dữ liệu.

Không chỉ có thể lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu vào bộ nhớ cache cục bộ để tiết kiệm băng thông, mà khối lượng kết nối cơ sở dữ liệu cao cũng có thể làm chậm ứng dụng. Tuy nhiên, hãy lưu ý rằng bộ nhớ đệm nên được sử dụng quá mức. Theo trực giác, bạn có thể nghĩ mọi thứ nên được lưu trữ trong trường hợp bạn cần sử dụng lại trong tương lai gần. Tuy nhiên, bạn cần đảm bảo rằng dữ liệu và kết nối mà bạn lưu trữ trong bộ đệm đủ lớn để thấy hiệu suất đạt được.

9. Ủng hộ chồng lên đống

Để cải thiện hiệu suất ứng dụng Java, hãy lưu trữ dữ liệu của bạn trên ngăn xếp thay vì heap. Lý do tại sao bạn hỏi? Bởi vì nó sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn và loại bỏ dữ liệu đã phục vụ mục đích của nó. Ngăn xếp không chỉ sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn mà còn kiểm tra chi phí. Cách tốt nhất để ưu tiên ngăn xếp trong heap là tránh khởi tạo các lớp trình bao bọc.

Cũng giống như việc sử dụng đệ quy, nó luôn luôn khả thi (hoặc thậm chí có thể) để từ bỏ việc sử dụng lớp bao bọc. Nhưng theo nguyên tắc chung, bạn nên mặc định sử dụng các kiểu dữ liệu nguyên thủy như trên mạng int trái ngược với Integer. Số lượng hiệu suất đạt được bạn có thể gặt hái được từ việc sử dụng chiến thuật này phụ thuộc vào vô số yếu tố. Tuy nhiên, ủng hộ ngăn xếp là một hướng dẫn tốt để tìm đường dẫn đến mã Java gọn nhất và hiệu quả nhất.

Có các công cụ trên thị trường để giúp bạn cập nhật thành công các bản vá Java. Một công cụ như vậy là Năng lượng mặt trời Quản lý bản vá.

Bạn có thể tải về một chức năng đầy đủ dùng thử 30 ngày

SolarWinds Patch Manager Tải xuống bản dùng thử MIỄN PHÍ 30 ngày

Liên quan: Công cụ quản lý bản vá tốt nhất

Ngoài ra, bạn nên kiểm tra Công cụ giám sát Java của SolarWinds cho các máy chủ ứng dụng với máy chủ & Giám sát ứng dụng để cải thiện hiệu suất. Bạn có thể tải về một chức năng đầy đủ dùng thử 30 ngày.

Công cụ giám sát Java của SolarWinds cho các máy chủ ứng dụng với SAMD Tải xuống bản dùng thử MIỄN PHÍ 30 ngày

Suy nghĩ cuối cùng

Nếu một ứng dụng Java chậm, bò đang khiến máu bạn sôi lên, hãy hít một hơi thật sâu và nhớ đừng đập tay vào bàn phím của bạn – nó sẽ chỉ khiến mọi việc tồi tệ hơn. Thay vào đó, hãy hít thở sâu và sử dụng một trong các phương pháp đã nói ở trên để tăng tốc hiệu suất ứng dụng Java.

Nếu bạn có bất kỳ câu chuyện hoặc giai thoại cá nhân nào về việc tăng tốc các ứng dụng Java, chúng tôi mời bạn bình luận bên dưới.