程序員必須練就的「性能調優」組合拳【4】

時間 2020-05-06

原文原文鏈接

性能調優系列前序文章索引：html

程序員必須掌握的性能調優：老兵哥結合我的經歷解釋了程序員往架構師方向發展時爲何要跨越性能調優這一關，以及介紹了從 X、Y、Z 三個維度優化性能的思路。
從 X 維度優化系統的性能：老兵哥分享了從 X 維度優化系統性能的思路，包括讓客戶端分計算存儲任務、優化交互設計等，主要是做爲引子拓寬咱們性能調優的思路。
應用容器 Tomcat 性能調優：老兵哥介紹了從 Y 維度經過優化應用容器 Tomcat 來優化系統性能的方法。
開發框架 Spring 性能調優：老兵哥介紹了從 Y 維度經過優化開發框架 Spring 來優化系統性能的方法。

今天老兵哥將介紹經過優化對象關係映射 ORM 框架（Hibernate）等來優化系統性能的方法。java

4. ORM 框架 Hibernate程序員

對象-關係映射 ORM（Object/Relation Mapping），是伴隨着面向對象軟件開發方法的發展而產生的。面向對象的開發方法是當今企業級應用開發環境中的主流方法，關係數據庫是企業級應用環境中數據永久存儲的主流數據存儲系統。對象和關係是業務實體數據的兩種表現形式，業務實體在內存中表現爲對象，在數據庫中表現爲關係數據。內存中的對象之間存在關聯和繼承關係，而在數據庫中，關係數據沒法直接表達多對多關聯和繼承關係。數據庫

對象-關係映射 ORM 系統一般以中間件的形式存在，藉助描述對象到關係數據庫數據的映射元數據，將內存中的對象自動持久化到關係數據庫中，其本質就是將數據從一種形式轉換到另一種形式。這個轉換過程須要額外的開銷，天然也就存在許多優化的機會，接下來咱們一塊兒來看看如何提高 ORM 框架 Hibernate 的性能。緩存

4.1 批量處理session

應用或者 ORM 框架每次執行 SQL 語句都須要跟數據庫創建鏈接，每次創建鏈接都須要額外開銷。若是某個事務內部有循環屢次操做數據庫的場景，那麼將這些操做聚集在一塊兒批量執行，這樣就能夠下降損耗，具體以下：架構

批量插入

使用這種方法時，首先在 Hibernate 的配置文件 hibernate.cfg.xml 中設置批量尺寸屬性 hibernate.jdbc.batch_size ，且最好關閉Hibernate的二級緩存以提升效率。併發

<hibernate-configuration>
<session-factory>
<property name="hibernate.jdbc.batch_size">50</property> //設置尺寸
<property name="hibernate.cache.use_second_level_cache">false</property> //關閉緩存
<mapping resource="com/itlaobingge/po/User.hbm.xml" /> 
</session-factory>
</hibernate-configuration>

public class HibernateDemo {
public static void main(String args[]) {
Session session = HibernateSessionFactory.getSession();
Transaction ts = session.beginTransaction();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
User user = new User();
user.setPassword(i);
session.save(user);
if (i%50 == 0) {
// 以 50 爲一個批次往數據庫提交，此值應與配置的批量尺寸一致
session.flush();
// 清空緩存區，釋放內存供下批數據使用
session.clear(); 
}
}

ts.commit();
HibernateSessionFactory.closeSession();
}
}

批量更新

爲了使 Hibernate 的 HQL 直接支持 update 的批量更新語法，咱們須要在 Hibernate 的配置文件 hibernate.cfg.xml 中設置 HQL/SQL 查詢翻譯器屬性 "hibernate.query.factory_class"：app

<hibernate-configuration>
......
<property name="hibernate.query.factory_class">
org.hibernate.hql.internal.ast.ASTQueryTranslatorFactory
</property>
<mapping resource="com/itlaobingge/po/User.hbm.xml" />
</session-factory>
</hibernate-configuration>

public class HibernateDemo {
public static void main(String args[]) {
Session session = HibernateSessionFactory.getSession();
Transaction ts = session.beginTransaction();
Query query = session.createQuery("update User set password='123456'");
query.executeUpdate();
ts.commit();
HibernateSessionFactory.closeSession();
}
}

批量刪除

爲了使 Hibernate 的 HQL 直接支持 delete 的批量更新語法，咱們須要在 Hibernate 的配置文件 hibernate.cfg.xml 中設置 HQL/SQL 查詢翻譯器屬性 "hibernate.query.factory_class"：框架

<hibernate-configuration>
......
<property name="hibernate.query.factory_class">
org.hibernate.hql.internal.ast.ASTQueryTranslatorFactory
</property>
<mapping resource="com/itlaobingge/po/User.hbm.xml" />
</session-factory>
</hibernate-configuration>

public class HibernateDemo {
public static void main(String args[]) {
Session session = HibernateSessionFactory.getSession();
Transaction ts = session.beginTransaction();
Query query=session.createQuery("delete User where id < 123");
query.executeUpdate();
ts.commit();
HibernateSessionFactory.closeSession();
}
}

4.2 抓取策略

抓取策略是指當應用程序須要在對象關聯關係間進行導航時，Hibernate 如何獲取關聯對象的策略，常見的抓取策略有以下幾種：

連接抓取（Join Fetching）：經過在 select 語句中使用 out join 來獲取對象的關聯實例或者關聯集合。
查詢抓取（Select Fetching）：發送另一條 select 語句抓取當前對象的關聯實體或者關聯集合。除非咱們顯示地指定 lazy=」false」禁止延遲抓取，不然只有當咱們真正訪問了關聯關係時纔會執行第二條 select 語句。
子查詢抓取：另外發送一條 select 語句抓取在前面查詢到或抓取到的全部實體對象的關聯集合。除非你顯式的指定 lazy="false" 禁止延遲抓取，不然只有當你真正訪問關聯關係的時候，纔會執行第二條 select 語句。
批量抓取（Batch fetching）：對查詢抓取的優化方案，經過指定一個主鍵或外鍵列表，Hibernate 使用單條 select 語句獲取一批對象實例或集合。

Hibernate 會區分下列幾種狀況：

當即抓取（Immediate fetching）：當宿主被加載時，關聯、集合或屬性被當即抓取。
延遲集合抓取（Lazy collectionfetching）：直到應用程序對集合進行了一次操做時，集合才被抓取。
Extra-lazy 集合抓取（Extra-lazy collection fetching）：對集合類中的每一個元素而言，都是直到須要時纔去訪問數據庫。除非絕對必要，Hibernate 不會試圖去把整個集合都抓取到內存裏來。
代理抓取（Proxy fetching）：對返回單值的關聯而言，當其某個方法被調用，而非對其關鍵字進行 get 操做時才抓取。
非代理抓取（No-proxy fetching）：對返回單值的關聯而言，當實例變量被訪問的時候進行抓取。與上面的代理抓取相比，這種方法沒有那麼延遲得厲害，就算只訪問標識符，也會致使關聯抓取，可是更加透明，由於對應用程序來講，再也不看到 proxy。這種方法須要在編譯期間進行字節碼加強操做，所以不多須要用到。
屬性延遲加載（Lazy-attribute fetching）：對屬性或返回單值的關聯而言，當其實例變量被訪問的時候進行抓取。須要編譯期字節碼強化，所以這一方法不多是必要的。

定製合理的抓取策略對系統的性能提高有很大的幫助。查詢抓取在 N+1 查詢的狀況下是極其脆弱的，所以咱們可能會要求在映射文件中定義鏈接抓取（fetch=」join」），可是在映射文件中定義的抓取策略將會產生如下影響：經過 get() 或者 load() 方法獲取數據，只有在關聯之間進行導航時，纔會隱式的取得數據。

條件查詢，使用了 subselect 抓取的 HQL 查詢，無論使用哪一種抓取策略，定義爲非延時的類圖會保證裝載入內存，這就意味着一條 HQL 查詢後緊跟着一系列的查詢。一般咱們並不使用映射文件進行抓取策略的定製，更可能是保持其默認值而後在待定事務中適用 HQL 的左鏈接對其進行重載。

Hibernate 推薦的作法也是最佳實踐：把全部對象關聯的抓取都設爲 lazy，而後在特定事務中進行重載。這種考慮是基於對象之間的關聯關係錯綜複雜，有時候哪怕咱們只是一個簡單的查詢，也會致使不少關聯對象被裝載出來，因此在 Hibernate 中，全部對象關聯都是 lazy 的。

在 Hibernate 中實施關聯抓取，咱們能夠定義每次抓取數據的數量，批量地將數據載入內存，減小與數據庫交互的次數，在應用程序中能夠定義默認的關聯抓取數量。Hibernate 提供了兩種批量抓取方案：

類級別的批量查詢，若是一個 Session 中須要載入 30 個 User 實例，在 User 中擁有一個類 Class 成員變量 class。若是 lazy=「true」，咱們須要遍歷整個 user 集合，每個 user 都須要 getClass()，在默認狀況下要執行 30 次查詢獲得 Class 對象。所以，能夠經過在映射文件的 Class 屬性設置 batch-size，這樣Hibernate 只須要執行兩次查詢便可：

<class name=」Class」 batch-size=」15」>...</class>

集合級別的批量查詢，若是咱們須要遍歷 30 個 Class 對象下所擁有 User 對象列表，在 Session 中須要載入 30 個 Class 對象，遍歷 Class 集合將會引發 30 次查詢，每次查詢都會調用 getUsers()。若是在 Class 的映射定義中，容許對 User 進行批量抓取，則 Hibernate 就會預先加載整個集合。

<set name=」users」 batch-size=」15」>...</set>

4.3 二級緩存

緩存能夠下降應用程序對物理數據源訪問的頻次，從而提升應用程序的運行性能。緩存對 Hibernate 來講也是很重要的，它使用了以下圖所示的多級緩存方案：

一級緩存，第一級緩存是 Session 緩存，屬於強制性緩存，全部請求都必須經過它。Session 對象在它本身的權利之下，在將它提交給數據庫以前保存一個對象。若是你對一個對象發出多個更新，Hibernate 會嘗試儘量長地延遲更新來減小發出的 SQL 更新語句的數目。若是你關閉 Session，全部緩存的對象丟失，或是存留，或是在數據庫中被更新。
二級緩存，第二級緩存是可選擇的，第一級緩存在任何想要在第二級緩存中找到一個對象前被詢問。第二級緩存能夠在每個類和每個集合的基礎上被安裝，而且它主要負責跨會話緩存對象。任何第三方緩存均可以和 Hibernate 合做，只要它實現 org.hibernate.cache.CacheProvider 接口。

Hibernate 的二級緩存經過兩個步驟設置：

第一，你必須決定好使用哪一個併發策略（Transactional、Read-write、Nonstrict-read-write、Read-only）；
第二，你使用第三方緩存提供者來配置緩存到期時間和物理緩存屬性。併發策略，負責保存緩存中的數據項和從緩存中檢索它們，如何選擇併發策略及配置能夠查資料。

4.4 查詢緩存

查詢結果集也能夠被緩存，只有在常用一樣的參數進行查詢時，查詢緩存纔會有些用處。若是要使用查詢緩存，你必須打開它：hibernate.cache.use_query_cache，該設置將會建立兩個緩存區域：一個用於保存查詢結果集(org.hibernate.cache.StandardQueryCache)；另外一個則用於保存最近查詢的一系列表的時間戳(org.hibernate.cache.UpdateTimestampsCache)。

在查詢緩存中，它並不緩存結果集中所包含的實體的確切狀態，它只緩存這些實體的標識符屬性的值、以及各值類型的結果，因此查詢緩存一般會和二級緩存一塊兒使用。絕大多數的查詢並不能從查詢緩存中受益，因此 Hibernate 默認是不進行查詢緩存的。如若須要進行緩存，請調用 Query.setCacheable(true) 方法。這個調用會讓查詢在執行過程當中時先從緩存中查找結果，並將本身的結果集放到緩存中去。

關注「 IT老兵哥 」，賦能程序人生！堅持原創不易，請小夥伴們不吝點個「贊」哦！推薦軟技能文章，請點擊連接：程序員，怎樣打造我的影響力？

近期熱評系列《 程序員必須懂的架構師入門課》：