架构设计－－性能设计

系统性能主要瓶颈在I/O，包括数据库，socket，网络通信，文件等，例如频繁查询数据库并返回大量结果集，频繁操作大文件等，这些昂贵的操作会占用大量的CPU时间。实际上线环境下，存在多用户并发、大数据量的情况下就会暴露出严重的问题。所以性能设计时一定要考虑到I/O，同步，并发，资源争用，以及大数据量等因素。通常，I/O操作、网络响应、差的算法、数据库、以及其他的低效的资源使用都会导致低劣的性能。

具体可用的设计策略有：

1 缓存以及缓存层(caching layer)

    在数据层和应用层之间增加数据缓存层，提供全局数据服务。可以大大减少数据库往返次数。与读取数据库和读取大文件（如XML文件）比，读取内存的速度无疑要快的多。所以对经常要访问的数据进行缓存是非常好的实践方法。因为现在系统往往内存很大，可以充分利用大内存，而共享内存更能实现数据并发访问。

2多线程(multi-threading)

    现在基本上大部分软件实现多线程或多进程，多线程对单CPU系统还只是顺序利用CPU时间和改善用户体验，多CPU系统才是真正的并行。要注意的是多线程不要争抢访问同一资源而导致部分串行操作，要做到真正的并行操作多线程并不容易。另外，在多线程间同步一个庞大的资源，过多创建线程又没有实现线程池也会导致系统性能下降。

3 负载平衡(load balancing)

    物理上增加地位对等的集群服务器（Cluster），通过负载分配算法分配相应服务器来相应客户端请求。很多系统支持负载均衡，Windows server2003 IIS就支持负载均衡服务，其他如WebLogic, WebSphere也有集群版本支持负载均衡。当然你也可以自己实现负载分配算法。

4数据库优化（database optimization）

   如果应用程序使用了数据库，可以采取许多步骤来消除访问和写入数据时的瓶颈：

1)标识潜在的索引，但不要创建过多的索引。

2)如果使用 SQL Server，则使用 SQL Server 的事件探查器和索引优化向导。

3)监视处理器的使用；理想范围是：75-80% 处理器时间。

4)使用查询分析器分析查询计划以优化查询。

5)使用存储过程优化性能。

6)标准化写入的大量数据 —写入较少的数据。

7)取消标准化读取的大量数据 —读取较少的数据。

5文件系统优化

     有时候系统性能不好，但当你关闭写log的功能，性能一下子提高很多。因为频繁的打开关闭大log文件时I/O开销非常大，同样记录log到数据库也一样。所以，release版尽量减少写log，或干脆移到裸设备上。
      频繁打开关闭文件对系统性能下降程度是惊人的，可以通过一些变通办法来减少文件的频繁操作。

      例如，原来的缓存持久化实现是保存在XML文件，每次要获得一个配置项，都打开XML文件，通过XPath拿到这个配置项的值，这样效率不高，而且容易把这个XML文件lock住；改进的方法是：通过比较XML文件的修改时间(System.IO.File.GetLastWriteTime)判断是否要再次打开文件，大大提高了效率；另一个可以改进的方法是：启动时读取所有配置到一个静态的HashTable，每次要获得一个配置项都从内存HashTable获取，在最后或适当的时候持久化到XML。

6代码性能设计

          在编程实现上，代码性能设计也很重要，一些昂贵的操作会占用大量的资源和CPU时间。例如，字符串相加没用StringBuilder, 频繁创建对象，差劲的排序或递归算法，过多的装箱拆箱，过多的使用反射（Reflection），频繁new HashTable或大的数组，用异常（Catch Exception）用做正常的逻辑，使用复杂的正则表达式，等等。具体可以参考《Effective C++》《Effective C#》等书籍。

6语言的选择

   另外，语言选择也很重要。比如相对于Java, C#, C++, 大多数OLTP系统用C语言效率高的多，因为在所有的高级程序设计语言中，C程序设计语言的运行效率是公认的。再比如我们熟悉的一些框架，框架本身是C#或是Java的，但其核心独立模块是C++封装的，这样可以达到最佳的性能。所以对于一些特定的业务需求目标和数据的具体情况，对于核心的模块或算法，可以用特定的语言来实现以获得更好的效率。