IO性能探索分析

IO性能(相對於CPU性能)探索分析

• 體驗一：電腦經常卡頓
  • 公司發的筆記本電腦，硬件配置cpu i5六代，內存8G，機械硬盤無固態。每天編譯一個富客戶端GUI工程的時候，經常會導致電腦卡頓，CPU與內存往往都還沒有達到峰值，磁盤顯示100%

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• 體驗二：IO線程比UI線程后退出。
  • 客戶端應用在退出的時候，客戶端UI界面其實已經消失了，但是客戶端的日志文件往往在UI界面消失幾秒后才寫完——也就是IO線程比UI線程要慢好幾秒。

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• 體驗三：如下例子。(運行環境：8G內存，i5六代，固態硬盤，台式機)

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• 例一：計數10萬，計算毫秒數

  public class TestWithNoIO {
  
    public static void main(String[] args) {
  
  	long begin = System.currentTimeMillis();	
  	int i = 100000;
  	for (int j = 0; j < i; j++) {
  
  	}
  	System.out.println("testNonIO 耗時(毫秒)：" + (System.currentTimeMillis() - begin));
    }
  }
  

  • 運行結果：

    testNonIO 耗時(毫秒)：0

    運行許多次，數值穩定在1毫秒或者0毫秒

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• 例二：在for循環中增加System.out.print("")，注意是沒有空格的空字符串，如下：

  public class TestWithNOLR {
  
    public static void main(String[] args) {
  	long begin = System.currentTimeMillis();
  	int i = 100000;
  	for (int j = 0; j < i; j++) {
  		System.out.print("");
  	}
  	System.out.println("testIOWithNoLR 耗時："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 運行結果：

    testIOWithNoLR 耗時：13

    運行多次，數值穩定在10毫秒左右。
  • 分析：雖然實際上什么也沒有輸出，但是僅僅因為使用了IO，耗時已經明顯增加。

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• 例三：這次我們在例二的基礎上，空字符串里添加一個空格。如下：

  public class TestWithNOLR {
  
    public static void main(String[] args) {
  	long begin = System.currentTimeMillis();
  	int i = 100000;
  	for (int j = 0; j < i; j++) {
  		System.out.print(" ");
  	}
  	System.out.println("testIOWithNoLR 耗時："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 運行結果：

    testIOWithNoLR 耗時：187

    運行多次，數值穩定在180毫秒左右(注意：空格輸出已被我截去)
  • 分析：IO有了實際輸出量(增加了輸出內容)，耗時大大增加

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• 例四：這次在例三的基礎上，多增加一個空格。發現在例三的基礎上多了10毫秒的時間。

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• 例五：這次我們把IO由不換行的輸出字符串，改為輸出換行

  public class TestWithLR {
  
    public static void main(String[] args) {
  	long begin = System.currentTimeMillis();
  	int i = 100000;
  	for (int j = 0; j < i; j++) {
  		System.out.println();
  	}
  	System.out.println("testIOWithLR 耗時："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 運行結果：

    testIOWithLR 耗時：198

    運行多次，我們發現數值穩定在190多毫秒，基本上和例四所消耗的時間持平(也就是輸出兩個空格)。

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• 例六：這次我們在例五的基礎上增加一個換行

  public class TestWithLR {
  
    public static void main(String[] args) {
  	long begin = System.currentTimeMillis();
  	int i = 100000;
  	for (int j = 0; j < i; j++) {
  		System.out.println();
  		System.out.println();
  	}
  	System.out.println("testIOWithLR 耗時："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 運行結果：

    testIOWithLR 耗時：393

    運行多次，我們發現數值穩定在400毫秒左右。
  • 分析：換行數量翻倍以后，IO耗時翻倍。繼續增加換行，發現非常符合這個規律。

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• 以上是輸出到控制台，大家可以試一下輸出到機械硬盤，輸出到固態硬盤。

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• 總結：
  1. IO效率真的是比CPU效率低很多；
  2. IO增加，耗時會增加；
  3. 換行的IO增加，比不換行的IO增加，耗時明顯增加要快得多得多。
• 啟發：
  • 日志角度：
    1. 不要在生產的代碼中嵌入任何System.out.print。原因有三點，a.沒保存的日志屬於無效日志；b.性能下降(上面的例子只是以毫秒為單位)；c、輸出可能重定向；
    2. 如果程序中IO比較多的時候，盡量實現IO線程和純CPU線程分離(通常的日志框架就是這么做的，例如log4j或者logback，通常是單獨的線程在運行)。占CPU的線程處理核心業務邏輯，占IO的線程處理日志或其他異步就可以完成的內容。
    3. 日志輸出盡量不要太頻繁(例如在循環中高頻輸出日志)，能少一行日志就少一行日志，能少一截盡量少輸出一截(從垃圾回收角度來說也應該這么做，日志里太多字符串)
  • 數據庫角度：
    1. 設計數據庫的時候，如果有些字段可用枚舉盡量用枚舉在內存中存儲(減少磁盤IO)；
    2. ……未完待續

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• 可參考資料：
  1. 一張表字段多為何要拆表：https://www.cnblogs.com/hzhuxin/p/7985452.html