随着互联网时代的发展，用户量自增迅猛，应用程序性能要求日益增大。如果一个页面用户打开需要超过3秒，大部分用户等待的意愿减少，等待的时间越长，减少的用户量也会越多。所以我们应用程序的性能、调优变得越来越重要。这里介绍应用程序性能调优相关方案。
调优从宏观的思维来看，分为网络、应用程序、数据库。这篇文章不会介绍应用程序代码上的调优，因代码及其使用框架上有很大的区别。
性能优化的想法
在介绍具体操作性能优化前，需要给大家理清一下思路。性能优化是很大很复杂的东西，如果要做到极致，没有一个专业化的团队是根本不可能的，在绝大部分公司来说是很难有经费去支撑这一个团队。而且性能优化的人懂得的东西不仅要全面，而且又要有深度，这些人大部分都是一些民间高手。
我们首先理清性能优化的目标，目标是优化到什么程度。如做一些活动，用户量最高峰大约在10w的并发访问，那么性能优化一般都需要做到比2-3倍的用户量优化。比如并发访问达到20w-30w之间，这样系统性能才会有保障。
然后根据实际情况，来确定性能优化怎么做。因为有些系统单机的性能瓶颈就在那里，再怎么优化都是浪费时间。第一种是整个系统重构广度的优化，如你的系统吞吐量是1000/S，如果要达到10W/S，那么可能再深入性能优化就浪费时间，因为你的单机系统最高吞吐量是1W/S，如果要增加10倍，只能改造程序，分布式处理。再来第二种是深度的优化，如果你的系统吞吐量是100/S，要提升到300/S，那么通常是可以的，通过网络、数据库、前后端、系统思路去优化即可。
这篇文章更多讲的是深度的优化，广度的优化网络上很多，分布式、微服务等。
确定好优化怎么做后，我们需要短板木桶原理，优化导致性能最慢的。即把最短的木板优化、加长，再找最短的再优化加长。
总的一点来说，性能优化的想法的流程是：理清优化的目标->确定怎么做->短木板原理优化最慢的。
网络
网络的性能优化可以分为多方面，可分为应用程序外网、应用程序内网。如图：
程序外网
程序外网可通过PC、手机等不同的客户终端发起访问，经过外部网络最终落入到程序内部。如上图的灰色区域以外的部分表示外网，灰色区域表示内部局域网，下面分别列出外网带宽需要考虑的点。
1）外网首先要考虑的是带宽，带宽越大才能经过更多的数据包、更多的数据量。这里要注意带宽的单位：Mbps、MB/S。Mbps*8=MB/S，即1MB/S=8Mbps。
2）DNS。在前后端分离的应用程序中，前端发起请求填写相关的域名即可。我们也知道，域名要通过DNS解析找到相应的IP才能把数据包发送到相应的服务器，因为在TCP/IP协议传输过程中，网络层需要IP地址。那么DNS就为我们提供了IP与域名的映射关系，通过域名找到相应的IP地址。
在程序发起请求解析映射的过程中，优先级是这样的：程序（浏览器、服务器等）找到内部域名与IP的映射或代理 -> 本机Host文件 -> 局域网DNS服务器 -> 英特网DNS服务器，如下图。
所以在DNS优化上面，可在局域网中建立DNS，用来映射IP与域名。
3）尽量减少数据包大小。在网络传输中，免不了发送数据包。减少数据包的大小可增加网络传输效率。
4）允许的话，可使用HTTP2.0，并且不要使用HTTP1.0。HTTP2.0带来的极致的性能优化，HTTP经过1.0->1.1的发展。HTTP1.1比1.0加了长连接与keepalive方式，连接过程中无需每次都中断。而HTTP2.0加了多路复用，让所有数据流可公用同一个连接，大大提升连接效率，很适合目前大用户量的程序。鉴于目前客户端、浏览器支持不足，大部分在默认是使用HTTP1.1，或者更旧的1.0。
程序内网
一般在服务化程序中，或者一些中间件都会使用到内网程序的访问。内网的带宽一般无问题，至少可达GB级别。在Linux环境中，发起网络请求有文件读取数量，也有maxconn的限制，加相应的配置即可。
应用程序
现今的应用程序一般都是前后端分离，这里的性能优化包括前端应用程序及后端应用程序。应用程序优化有很多方面，有很多是代码死循环或底层了解不透彻引起的，也有是其它方面。
前端应用程序
首先前端的性能优化代码上不做讨论。代码上有很多的优化地方，如渲染页面的优化。前端除了代码上的优化，还有缓存与压缩。
1）缓存。
B/S应用中，用户第一次访问我们的应用程序时，会默认把静态文件如js、css等文件保存在浏览器中，无需下次再打开浏览器时再获取服务器的静态文件。浏览器的缓存分为强缓存与协商缓存，一般的静态文件如css、html等都是强缓存。强缓存与协商缓存都是服务器指定的，区别在于协商缓存请求一次服务器来证明是否获取浏览器缓存，而强缓存没过期的话都会获取浏览器本地缓存。所以要把文件的缓存归类好，哪些是基本不会变化的，哪些是变化很大的，最后做出相应的缓存处理。
然后是CDN。一般部署用户量大的应用都需要把前端部署到CDN上面，以减轻服务器压力及快速响应页面到用户终端。
最后是后端缓存。后端缓存主要是通过反向代理服务器来缓存，如闻名的Nginx。当前端需要请求后端时，后端首先经过Nginx等反代，然后判断是否需要向下一层请求。这里的Nginx会判断服务器有无更改过内容，如果无则从Nginx直接返回，无需经过下层的服务器。
2）压缩。
压缩最直接的做法。通过压缩JS、CSS等文件，以达到减少网络上的数据传输的目的。
后端应用程序
1）工具。
可通过一些工具上的使用，分析代码有哪些值得优化的地方。这些工具包括C#的dotTrace、PrefCollect、VTune等，java的JProfiler、ZProfiler等。
能使用工具最好是使用工具分析出来，使用这些工具是最直观快捷的做法，有时候这些工具直接分析出代码的不足地方，问题也就帮助你解决了。
2）中间件、SLB、缓存。
有时候，你会遇到API访问慢的问题。此API可能是需要大量耗时，也可能是用户量访问大引起的。这时候你可以通过异步处理的方式来进行优化。这里的异步处理通常是用中间件来解决，如队列。
我们经常访问数据库都知道，数据库的请求压力一般都是很大的。如果多人同时请求数据库可能发生拥挤的情况，并且一般服务器的性能瓶颈都在数据库。如何优化数据库呢？这个下一点做讨论，我们可以从减少数据库访问的方向来入手，可以通过缓存的方式来减少数据库的访问。即在数据库访问上面加一层一级缓存来做处理，减少直接访问数据库的压力。
有时候是应用瓶颈性能到了，这时候我们就需要部署多个应用实例了，通过负载均衡SLB来分发请求到应用，加大应用的访问力。
3）CPU、内存。
应用程序的CPU与内存分析，通过上面介绍的工具分析即可。一般工具可以看出上下文的切换，减少这种不必要的切换能大大提升程序的性能。有时候单线程比多线程性能更优。
内存通过分析可以得到哪些对象是释放不了的，通过减少内存的使用来提高应用的稳定性。
4）业务调优。
最后在后端优化上说的是应用上的调优。业务上的调优是很关键的因素，可以通过与客户、产品经理的沟通，来达到业务调优的目的。有些功能是边界功能，会影响应用性能的话那么建议是去掉；有些功能绕了几圈，程序处理性能很低，那么简化其功能。很多时候通过业务上沟通，加快程序上的性能，减轻技术人员的压力。
5）接口合并
有些页面，因为多次的请求而导致后端请求过多。所以我们在页面上，尽量的就行接口的合并。一个简单的页面，应该就对应一个接口即可。如有些页面根据用户体验的不同而需要不同的加载方式，即有些元素需要先加载，有些是后加载，则这些页面可多个接口。
6）分治
在后端的应用程序中，单体应用是有瓶颈的。在单体应用中，部署在一台机器，机器的性能包括CPU、网络读取、内存都有相应的瓶颈。所以要使用分治的思想，把系统拆分成多个子系统或服务，如现流行的微服务或者服务化。至少让高并发的应用服务化。
7）keepalive
上述也介绍过，keepalive是http1.1固有的，用来保持连接，减少重新请求的握手动作。对于经常发起请求的，考虑用长连接的方式。
数据库
性能优化上，先优化最慢的效果是最明显的，往往是最慢的影响着性能。在应用程序中，数据库是性能提升的关键因素。
1）配置优化。
数据库的提升，首先是配置上的优化。数据库很耗内存及CPU，CPU与内存上去了那么你的数据库性能档次也会相应地得到提升。
2）索引及慢SQL。
然后是建立合适的索引及避免慢SQL的查询。索引从来都是直接提升查询的方法，所以不是建立得越多越好，越多的索引会导致硬盘空间占用过大并且写性能低下。合适的在表中建立查询较多字段的索引是关键。
其次要避免慢sql的查询。慢sql可通过explain关键字就行sql的调优，也可根据经验来避免全表的扫描。经常是因为写慢sql导致全表的扫描，最终导致性能的低下。
3）数据清理
一个表的数据量有它的极限，太大的数据量为以后数据的读写埋下炸弹。无用的数据需要定时地做清理。这里的清理不是说数据删除了即可，不同的数据库规则不同，大部分直接delete from表是删除了表的数据，这是表面上的删除，硬盘空间还会占用着。需要做数据的定时清理，清理硬盘空间。办法有很多，最简单粗暴的方法是建立临时表与原表的数据做临时迁移。
4）分表分库
分表分库是很大众的做法，目前的公司数据量过大的情况下都会使用到。在数据量过多的情况下，会导致性能的低下，这时候分表分库虽然会用一些中间件多一层的方式，但是性能比原来的也会好很多。分表分库这里不详细讨论，可上网搜索一些使用方法。
操作系统
操作系统的优化，主流是linux开源系统的优化，windows一般很少做优化。所以这里只介绍linux的优化。会分为CPU、内存、磁盘、内核参数、文件系统方面优化。
1）CPU
CPU是系统运行效率的保障，市面上的CPU一般都是多核的，效率也得到大大提升。在linux上多核的cpu会看成一个一个核。例如你的cpu是四核，那么在linux上看成是四个单核cpu。
据权威报告，cpu多核分开比整合在一起性能快20%左右。即一个四核的cpu比四个1核的cpu慢20%。
2）内存
内存分两种，分别为物理内存、虚拟内存。在以前配置虚拟内存一般为物理内存的两倍，因物理内存容量比较小。现在随着物理内存费用不再像以前那么高，很多机器的内存都可以升到很高了，所以建议高内存的服务器不开通虚拟内存。例如流行的k8s就禁止用虚拟内存。
在系统方面，一般安装64位的操作系统，因为32位的操作系统有内存的限制。8G左右的内存已经是32位操作系统的上限，如果内存再多也无用。而64位的无限制。在应用程序方面，32位操作系统每个应用程序内存支持最大4G，而64位的没有限制。
这些内存都需要理解好，因为配置部署系统时很关键，大内存的应用尤为关键，如mongodb、redis。
3）磁盘
磁盘是影响着IO读写的关键，有些应用的IO读写很重要。提升磁盘性能的有RAID等。在市场上买磁盘时有固态、磁盘。有些应用比较依赖磁盘，这种一般都采用固态硬盘，如数据库都比较依赖硬盘。
4）内核参数
内核参数包括共享段、文件句柄等。网上很多这方面的调优，这里不详细介绍。
5）文件系统
其实文件系统是一个很重要的东西，因为不同的文件系统性能是不同的。较流行的有EXT4、XFS。
总结
我们分析了性能优化的一些思路，这些思路是你应用程序遇到瓶颈时都可思考。我们从大方向上分别是网络、应用程序、数据库、操作系统分析了性能优化的思路，最后从这些方面入手细分。下图是我们这篇文章性能优化思路的脑图，可供参考。
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