IO性能探索分析

IO性能(相对于CPU性能)探索分析

• 体验一：电脑经常卡顿
  • 公司发的笔记本电脑，硬件配置cpu i5六代，内存8G，机械硬盘无固态。每天编译一个富客户端GUI工程的时候，经常会导致电脑卡顿，CPU与内存往往都还没有达到峰值，磁盘显示100%

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• 体验二：IO线程比UI线程后退出。
  • 客户端应用在退出的时候，客户端UI界面其实已经消失了，但是客户端的日志文件往往在UI界面消失几秒后才写完——也就是IO线程比UI线程要慢好几秒。

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• 体验三：如下例子。(运行环境：8G内存，i5六代，固态硬盘，台式机)

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• 例一：计数10万，计算毫秒数

  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 耗时(毫秒)：" + (System.currentTimeMillis() - begin));
    }
  }
  

  • 运行结果：

    testNonIO 耗时(毫秒)：0

    运行许多次，数值稳定在1毫秒或者0毫秒

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• 例二：在for循环中增加System.out.print("")，注意是没有空格的空字符串，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 耗时："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 运行结果：

    testIOWithNoLR 耗时：13

    运行多次，数值稳定在10毫秒左右。
  • 分析：虽然实际上什么也没有输出，但是仅仅因为使用了IO，耗时已经明显增加。

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• 例三：这次我们在例二的基础上，空字符串里添加一个空格。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 耗时："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 运行结果：

    testIOWithNoLR 耗时：187

    运行多次，数值稳定在180毫秒左右(注意：空格输出已被我截去)
  • 分析：IO有了实际输出量(增加了输出内容)，耗时大大增加

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• 例四：这次在例三的基础上，多增加一个空格。发现在例三的基础上多了10毫秒的时间。

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• 例五：这次我们把IO由不换行的输出字符串，改为输出换行

  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 耗时："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 运行结果：

    testIOWithLR 耗时：198

    运行多次，我们发现数值稳定在190多毫秒，基本上和例四所消耗的时间持平(也就是输出两个空格)。

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• 例六：这次我们在例五的基础上增加一个换行

  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 耗时："+(System.currentTimeMillis()-begin));
    }
  }
  

  • 运行结果：

    testIOWithLR 耗时：393

    运行多次，我们发现数值稳定在400毫秒左右。
  • 分析：换行数量翻倍以后，IO耗时翻倍。继续增加换行，发现非常符合这个规律。

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• 以上是输出到控制台，大家可以试一下输出到机械硬盘，输出到固态硬盘。

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• 总结：
  1. IO效率真的是比CPU效率低很多；
  2. IO增加，耗时会增加；
  3. 换行的IO增加，比不换行的IO增加，耗时明显增加要快得多得多。
• 启发：
  • 日志角度：
    1. 不要在生产的代码中嵌入任何System.out.print。原因有三点，a.没保存的日志属于无效日志；b.性能下降(上面的例子只是以毫秒为单位)；c、输出可能重定向；
    2. 如果程序中IO比较多的时候，尽量实现IO线程和纯CPU线程分离(通常的日志框架就是这么做的，例如log4j或者logback，通常是单独的线程在运行)。占CPU的线程处理核心业务逻辑，占IO的线程处理日志或其他异步就可以完成的内容。
    3. 日志输出尽量不要太频繁(例如在循环中高频输出日志)，能少一行日志就少一行日志，能少一截尽量少输出一截(从垃圾回收角度来说也应该这么做，日志里太多字符串)
  • 数据库角度：
    1. 设计数据库的时候，如果有些字段可用枚举尽量用枚举在内存中存储(减少磁盘IO)；
    2. ……未完待续

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• 可参考资料：
  1. 一张表字段多为何要拆表：https://www.cnblogs.com/hzhuxin/p/7985452.html