자바 성능 튜닝

성능 테스트 접근법

빠르게 자주 테스트하자

자바 성능 도구 상자

CPU 사용률

• CPU 사용률은 전형적으로 두 개의 카테고리인 사용자 시간과 시스템 시간으로 나뉜다.

• 사용자 시간은 CPU가 애플리케이션 코드를 실행하는 시간의 백분율인 반면, 시스템 시간은 CPU가 커널 코드를 실행시키는 시간의 백분율이다.

• 예를 들어 애플리케이션이 I/O 작업을 수행한다면 커널은 디스크에서 파일을 읽거나 네트워크로 데이터를 쓰는 등의 코드를 실행시킬 것이다. 기반 시스템 자원을 사용하게 되면 애플리케이션은 시스템 시간을 더 쓰게 된다.

• 성능에서의 목표는 되도록 짧은 시간 동안 CPU 사용률을 가능한 한 높이는 것이다. 즉, CPU 의 유휴 상태를 줄이는 것
• CPU가 유휴 상태가 되는 가능한 이유들
• 애플리케이션은 동기화 기본 연산에서 차단되며 락이 해제될 때까지 실행될 수 없다.
• DB에 대한 호출로부터 되돌아오는 응답과 같은 뭔가를 기다릴 수 있다.
• 애플리케이션이 아무 것도 처리하지 않을 수 있다.
• 멀티 CPU 머신에서 실행되는 여러 개의 스레드는 작업을 완료하고 다음 작업을 기다리므로, 성능을 향상시키려면 (간격을 길게 하고) CPU가 느려지게 하거나 개별적인 스레드들이 차단되지 않도록 해서 CPU의 사용률을 더 높인다.
• 멀티스레드, 멀티 CPU에서 중요한 부가사항 : 작업을 처리할 프로그램에 가용 스레드가 없으면 CPU가 유휴상태가 될 수 있다.
• 행동방침을 결정하기 전에 프로그램이 CPU를 할당받지 않는 이유를 이해하는 것이 중요하다

CPU 런 큐

• 실행시킬 스레드가 가용 CPU 보다 많다면 성능은 저하되기 시작할 것이다. 일반적으로 윈도우에서는 프로세서 큐의 길이가 0이 되고, 유닉스 시스템에서는 CPU 숫자와 같길(또는 적길) 원한다.

• 런 큐의 길이가 특정 기간에 너무 크다면 머신이 과부하를 받는다는 표시

디스크 사용률

1. 애플리케이션 그 자체를 보는 것

2. 애플리케이션이 디스크 I/O를 많이 일으키면 I/O는 병목되기 쉽다.

3. 시스템의 스왑(swap) 현황을 모니터링하는 데 도움이 된다.
메인 메모리에서 데이터 페이지를 디스크로 옮기거나 그 반대로 스왑하고 있는 시스템은 일반적으로 성능이 나쁠 것이다.

네트워크 사용량

자바 모니터링 도구

• jcmd : VM 프로세스에 대한 VM 정보, 기본 클래스, 스레드를 출력.
• jcmd <pid> GC.heap_info : VM의 Heap 정보 확인 가능 [ Baeldung : CLI Tools for java heap size ]

• jconsole : 스레드 사용률 및 클래스 사용률과 GC 활동 내역을 포함해서 JVM 활동 내역을 그래픽 형태로 노출

• jhat : 메모리 힙 덤프를 읽고 분석하는 데 도움을 준다. 후처리 유틸리티 임

• jmap : 힙 덤프와 JVM 메모리 사용률에 대한 정보를 제공한다. 힙 덤프는 후처리 도구에서 사용돼야 하지만 스크립팅에 적합하다.

• jinfo : JVM의 특성에 대해 가시성을 제공하고 일부 시스템 특성을 동적으로 설정하게 한다. 스크립팅에 적합

• jstack : 자바 프로세스의 스택 덤프를 뜰 수 있다. 스크립팅에 적합

• jvisualvm : JVM을 모니터링하고 실행 중이니 애플리케이션을 프로파일하고 JVM 힙 덤프를 분석하기 위한 GUI 도구다.

기본 VM 정보

• 가동 시간 : jcmd process_id VM.uptime

• 시스템 속성 : jcmd process_id VM.system_properties , jinfo -sysprops process_id
• D 옵션이 있는 커맨드 라인의 모든 속성 세트, 애플리케이션에 의해 동적으로 추가된 속성, JVM을 위한 디폴트 속성 세트가 포함된다.

• JVM 버전 : jcmd process_id VM.version

• JVM 커맨드 라인 : jcmd process_id VM.command_line

• JVM 튜닝 플래그 : jcmd process_id VM.flags [-all]

스레드 정보

• jconsole과 jvisualvm은 애플리케이션 내에서 동작하고 있는 스레드의 개수에 대한 정보를 (실시간으로) 노출한다.

클래스 정보

• 애플리케이션이 사용 중인 클래스의 개수에 대한 정보는 jconsole이나 jstat을 이용해서 구할 수 있다.

• jstat은 클래스 컴파일에 대한 정보도 제공 가능하다.

구동 중인 GC 분석

• jconsole은 힙 사용률에 대한 생생한 그래프를 보여준다.

• jcmd는 GC 동작이 수행되게 한다.

• jmap은 퍼머넌트 제너레이션에 대한 정보나 힙 요약 정보를 출력하거나 힙 덤프를 생성한다.

• jstat은 가비지 컬렉션이 하는 일에 대한 뷰를 달리해서 많이 만든다.

프로파일링 도구

• 프로파일링은 샘플링 모드나 장착형 모드 중 하나에서 진행된다.

• 샘플링 모드는 프로파일링의 기본 모드이며 최소한의 오버헤드를 야기시킨다.

• 프로파일링의 위험 요소 중 하나는, 애플리케이션에 측정 관련 설정을 하면서 기존 성능 특성을 변경한다는 점이다.

샘플링 프로파일러

• 샘플링 프로파일러에는 모든 종류의 에러가 발생할 수 있다.

• 샘플링 프로파일러는 주기적으로 타이머가 작동될 때 동작한다. 그다음 프로파일러는 각 스레드를 살펴보고 스레드가 실행되고 있는 방식을 알아낸다.

장착형 프로파일러

• 장착형 프로파일러는 샘플링 프로파일러보다 훨씬 더 결합도가 높지만 프로그램 내에서 일어나고 있는 상황에 대해 더 유익한 정보를 줄 수 있다.

• 그러나 장착형 프로파일러는 (호출 수를 세기 위한 코드를 삽입해서) 로드된 클래스의 바이트 코드 순서를 변경시키면서 동작하기에 애플리케이션에 성능상의 차이가 더 많이 생기게 한다.
• 예를 들어 JVM 은 작은 메서드를 인라인으로 만드므로 작은 메서드 코드가 실행될 때 호출될 필요가 없다. 컴파일러는 코드의크기를 바탕으로 결정을 내리기에 코드가 장착되는 방식에 따라 인라인 대상이 되지 않을 수도 있다.

네이티브 프로파일러

자바 미션 컨트롤