IO效能(相對於CPU效能)探索分析

IO · 發表 2019-05-10 23:32:00

摘要： IO效能(相對於CPU效能)探索分析體驗一：電腦經常卡頓公司發的膝上型電腦，硬體配置cpu i5六代，記憶體8G，機械硬碟無固態。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與記憶體往往都還沒有達到峰值，磁碟顯示...

IO效能(相對於CPU效能)探索分析

體驗一：電腦經常卡頓
- 公司發的膝上型電腦，硬體配置cpu i5六代，記憶體8G，機械硬碟無固態。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與記憶體往往都還沒有達到峰值，磁碟顯示100%

體驗二：IO執行緒比UI執行緒後退出。
- 客戶端應用在退出的時候，客戶端UI介面其實已經消失了，但是客戶端的日誌檔案往往在UI介面消失幾秒後才寫完——也就是IO執行緒比UI執行緒要慢好幾秒。

體驗三：如下例子。(執行環境：8G記憶體，i5六代，固態硬碟，桌上型電腦)

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));
}
}

執行結果：
```
testNonIO 耗時(毫秒)：0
```
執行許多次，數值穩定在1毫秒或者0毫秒

例二：在for迴圈中增加System.out.print("")，注意是沒有空格的空字串，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));
}
}

執行結果：
```
testIOWithNoLR 耗時：13
```
執行多次，數值穩定在10毫秒左右。
分析：雖然實際上什麼也沒有輸出，但是僅僅因為使用了IO，耗時已經明顯增加。

例三：這次我們在例二的基礎上，空字串裡新增一個空格。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));
}
}

執行結果：
```
testIOWithNoLR 耗時：187
```
執行多次，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

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。

例五：這次我們把IO由不換行的輸出字串，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));
}
}

執行結果：
```
testIOWithLR 耗時：198
```
執行多次，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)。

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));
}
}

執行結果：
```
testIOWithLR 耗時：393
```
執行多次，我們發現數值穩定在400毫秒左右。
分析：換行數量翻倍以後，IO耗時翻倍 。繼續增加換行，發現非常符合這個規律。

以上是輸出到控制檯，大家可以試一下輸出到機械硬碟，輸出到固態硬碟。

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：
- 日誌角度：
  1. 不要在生產的程式碼中嵌入任何System.out.print。原因有三點，a.沒儲存的日誌屬於無效日誌；b.效能下降(上面的例子只是以毫秒為單位)；c、輸出可能重定向；
  2. 如果程式中IO比較多的時候，儘量實現IO執行緒和純CPU執行緒分離 (通常的日誌框架就是這麼做的，例如log4j或者logback，通常是單獨的執行緒在執行)。佔CPU的執行緒處理核心業務邏輯，佔IO的執行緒處理日誌或其他非同步就可以完成的內容。
  3. 日誌輸出儘量不要太頻繁(例如在迴圈中高頻輸出日誌)，能少一行日誌就少一行日誌，能少一截儘量少輸出一截(從垃圾回收角度來說也應該這麼做，日誌裡太多字串)
- 資料庫角度：
  1. 設計資料庫的時候，如果有些欄位可用列舉儘量用列舉在記憶體中儲存(減少磁碟IO)；
  2. ……未完待續

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

IO效能(相對於CPU效能)探索分析

IO效能(相對於CPU效能)探索分析

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