Java程式設計效能優化一些事兒【轉】

weixin_34321977發表於2016-06-07
Java程式設計優化

原文出處： 陶邦仁

在JAVA程式中，效能問題的大部分原因並不在於JAVA語言，而是程式本身。養成良好的編碼習慣非常重要，能夠顯著地提升程式效能。

1. 儘量在合適的場合使用單例

使用單例可以減輕載入的負擔，縮短載入的時間，提高載入的效率，但並不是所有地方都適用於單例，簡單來說，單例主要適用於以下三個方面：

第一，控制資源的使用，通過執行緒同步來控制資源的併發訪問；

第二，控制例項的產生，以達到節約資源的目的；

第三，控制資料共享，在不建立直接關聯的條件下，讓多個不相關的程式或執行緒之間實現通訊。

2. 儘量避免隨意使用靜態變數

要知道，當某個物件被定義為static變數所引用，那麼GC通常是不會回收這個物件所佔有的記憶體，如

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public class A{
   private static B b = new B();
}

此時靜態變數b的生命週期與A類同步，如果A類不會解除安裝，那麼b物件會常駐記憶體，直到程式終止。

3. 儘量避免過多過常的建立Java物件

儘量避免在經常呼叫的方法，迴圈中new物件，由於系統不僅要花費時間來建立物件，而且還要花時間對這些物件進行垃圾回收和處理，在我們可以控制的範圍內，最大限度的重用物件，最好能用基本的資料型別或陣列來替代物件。

4. 儘量使用final修飾符

帶有final修飾符的類是不可派生的。在JAVA核心API中，有許多應用final的例子，例如java.lang.String，為String類指定final防止了使用者覆蓋length()方法。另外，如果一個類是final的，則該類所有方法都是final的。java編譯器會尋找機會內聯（inline）所有的final方法（這和具體的編譯器實現有關）。此舉能夠使效能平均提高50%。

如：讓訪問例項內變數的getter/setter方法變成”final：

簡單的getter/setter方法應該被置成final，這會告訴編譯器，這個方法不會被過載，所以，可以變成”inlined”,例子：

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class MAF {
     public void setSize (int size) {
          _size = size;
     }
     private int _size;
}
 
更正
 
class DAF_fixed {
     final public void setSize (int size) {
          _size = size;
     }
     private int _size;
}

5. 儘量使用區域性變數

呼叫方法時傳遞的引數以及在呼叫中建立的臨時變數都儲存在棧（Stack）中，速度較快。其他變數，如靜態變數，例項變數等，都在堆（Heap）中建立，速度較慢。

6. 儘量處理好包裝型別和基本型別兩者的使用場所

雖然包裝型別和基本型別在使用過程中是可以相互轉換，但它們兩者所產生的記憶體區域是完全不同的，基本型別資料產生和處理都在棧中處理，包裝型別是物件，是在堆中產生例項。在集合類物件，有物件方面需要的處理適用包裝型別，其他的處理提倡使用基本型別。

7. 慎用synchronized，儘量減小synchronize的方法

都知道，實現同步是要很大的系統開銷作為代價的，甚至可能造成死鎖，所以儘量避免無謂的同步控制。synchronize方法被呼叫時，直接會把當前物件鎖 了，在方法執行完之前其他執行緒無法呼叫當前物件的其他方法。所以synchronize的方法儘量小，並且應儘量使用方法同步代替程式碼塊同步。

9. 儘量不要使用finalize方法

實際上，將資源清理放在finalize方法中完成是非常不好的選擇，由於GC的工作量很大，尤其是回收Young代記憶體時，大都會引起應用程式暫停，所以再選擇使用finalize方法進行資源清理，會導致GC負擔更大，程式執行效率更差。

10. 儘量使用基本資料型別代替物件

String str = “hello”;

上面這種方式會建立一個“hello”字串，而且JVM的字元快取池還會快取這個字串；

String str = new String(“hello”);

此時程式除建立字串外，str所引用的String物件底層還包含一個char[]陣列，這個char[]陣列依次存放了h,e,l,l,o

11. 多執行緒在未發生執行緒安全前提下應儘量使用HashMap、ArrayList

HashTable、Vector等使用了同步機制，降低了效能。

12. 儘量合理的建立HashMap

當你要建立一個比較大的hashMap時，充分利用這個建構函式

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public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);

避免HashMap多次進行了hash重構,擴容是一件很耗費效能的事，在預設中initialCapacity只有16，而loadFactor是 0.75，需要多大的容量，你最好能準確的估計你所需要的最佳大小，同樣的Hashtable，Vectors也是一樣的道理。

13. 儘量減少對變數的重複計算

如：

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for(int i=0;i<list.size();i++)

應該改為

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for(int i=0,len=list.size();i<len;i++)

並且在迴圈中應該避免使用複雜的表示式，在迴圈中，迴圈條件會被反覆計算，如果不使用複雜表示式，而使迴圈條件值不變的話，程式將會執行的更快。

14. 儘量避免不必要的建立

如：

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A a = new A();
 
if(i==1){list.add(a);}

應該改為

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if(i==1){
 
  A a = new A();
 
  list.add(a);
 
}

15. 儘量在finally塊中釋放資源

程式中使用到的資源應當被釋放，以避免資源洩漏。這最好在finally塊中去做。不管程式執行的結果如何，finally塊總是會執行的，以確保資源的正確關閉。

16. 儘量使用移位來代替’a/b’的操作

“/”是一個代價很高的操作，使用移位的操作將會更快和更有效

如

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int num = a / 4;
 
int num = a / 8;

應該改為

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int num = a >> 2;
 
int num = a >> 3;

但注意的是使用移位應新增註釋，因為移位操作不直觀，比較難理解

17.儘量使用移位來代替’a*b’的操作

同樣的，對於’*'操作，使用移位的操作將會更快和更有效

如

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int num = a * 4;
 
int num = a * 8;

應該改為

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int num = a << 2;
 
int num = a << 3;

18. 儘量確定StringBuffer的容量

StringBuffer 的構造器會建立一個預設大小（通常是16）的字元陣列。在使用中，如果超出這個大小，就會重新分配記憶體，建立一個更大的陣列，並將原先的陣列複製過來，再 丟棄舊的陣列。在大多數情況下，你可以在建立 StringBuffer的時候指定大小，這樣就避免了在容量不夠的時候自動增長，以提高效能。

如：

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StringBuffer buffer = new StringBuffer(1000);

19. 儘量早釋放無用物件的引用

大部分時，方法區域性引用變數所引用的物件 會隨著方法結束而變成垃圾，因此，大部分時候程式無需將區域性，引用變數顯式設為null。

例如：

Java程式碼

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Public void test(){
 
  Object obj = new Object();
 
  ……
 
  Obj=null;
 
}

上面這個就沒必要了，隨著方法test()的執行完成，程式中obj引用變數的作用域就結束了。但是如果是改成下面：

Java程式碼

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Public void test(){
 
  Object obj = new Object();
 
  ……
 
  Obj=null;
 
  //執行耗時，耗記憶體操作；或呼叫耗時，耗記憶體的方法
 
  ……
 
}

這時候就有必要將obj賦值為null，可以儘早的釋放對Object物件的引用。

20. 儘量避免使用二維陣列

二維資料佔用的記憶體空間比一維陣列多得多，大概10倍以上。

21. 儘量避免使用split

除非是必須的，否則應該避免使用split，split由於支援正規表示式，所以效率比較低，如果是頻繁的幾十，幾百萬的呼叫將會耗費大量資源，如果確實需要頻繁的呼叫split，可以考慮使用apache的StringUtils.split(string,char)，頻繁split的可以快取結果。

22. ArrayList & LinkedList

一個是線性表，一個是連結串列，一句話，隨機查詢儘量使用ArrayList，ArrayList優於LinkedList，LinkedList還要移動指標，新增刪除的操作LinkedList優於ArrayList，ArrayList還要移動資料，不過這是理論性分析，事實未必如此，重要的是理解好2者得資料結構，對症下藥。

23. 儘量使用System.arraycopy ()代替通過來迴圈複製陣列

System.arraycopy() 要比通過迴圈來複制陣列快的多

24. 儘量快取經常使用的物件

儘可能將經常使用的物件進行快取，可以使用陣列，或HashMap的容器來進行快取，但這種方式可能導致系統佔用過多的快取，效能下降，推薦可以使用一些第三方的開源工具，如EhCache，Oscache進行快取，他們基本都實現了FIFO/FLU等快取演算法。

25. 儘量避免非常大的記憶體分配

有時候問題不是由當時的堆狀態造成的，而是因為分配失敗造成的。分配的記憶體塊都必須是連續的，而隨著堆越來越滿，找到較大的連續塊越來越困難。

26. 慎用異常

當建立一個異常時，需要收集一個棧跟蹤(stack track)，這個棧跟蹤用於描述異常是在何處建立的。構建這些棧跟蹤時需要為執行時棧做一份快照，正是這一部分開銷很大。當需要建立一個 Exception 時，JVM 不得不說：先別動，我想就您現在的樣子存一份快照，所以暫時停止入棧和出棧操作。棧跟蹤不只包含執行時棧中的一兩個元素，而是包含這個棧中的每一個元素。

如果您建立一個 Exception ，就得付出代價。好在捕獲異常開銷不大，因此可以使用 try-catch 將核心內容包起來。從技術上講，您甚至可以隨意地丟擲異常，而不用花費很大的代價。招致效能損失的並不是 throw 操作——儘管在沒有預先建立異常的情況下就丟擲異常是有點不尋常。真正要花代價的是建立異常。幸運的是，好的程式設計習慣已教會我們，不應該不管三七二十一就丟擲異常。異常是為異常的情況而設計的，使用時也應該牢記這一原則。

27. 儘量重用物件

特別是String物件的使用中，出現字串連線情況時應使用StringBuffer代替，由於系統不僅要花時間生成物件，以後可能還需要花時間對這些物件進行垃圾回收和處理。因此生成過多的物件將會給程式的效能帶來很大的影響。

28. 不要重複初始化變數

預設情況下，呼叫類的建構函式時，java會把變數初始化成確定的值，所有的物件被設定成null，整數變數設定成0，float和double變數設定成0.0，邏輯值設定成false。當一個類從另一個類派生時，這一點尤其應該注意，因為用new關鍵字建立一個物件時，建構函式鏈中的所有建構函式都會被自動呼叫。
這裡有個注意，給成員變數設定初始值但需要呼叫其他方法的時候，最好放在一個方法比如initXXX()中，因為直接呼叫某方法賦值可能會因為類尚未初始化而拋空指標異常，如：public int state = this.getState();

29. 在java+Oracle的應用系統開發中，java中內嵌的SQL語言應儘量使用大寫形式，以減少Oracle解析器的解析負擔。

30. 在java程式設計過程中，進行資料庫連線，I/O流操作，在使用完畢後，及時關閉以釋放資源。因為對這些大物件的操作會造成系統大的開銷。

31. 過分的建立物件會消耗系統的大量記憶體，嚴重時，會導致記憶體洩漏，因此，保證過期的物件的及時回收具有重要意義。JVM的GC並非十分智慧，因此建議在物件使用完畢後，手動設定成null。

32. 在使用同步機制時，應儘量使用方法同步代替程式碼塊同步。

33. 不要在迴圈中使用Try/Catch語句，應把Try/Catch放在迴圈最外層

Error是獲取系統錯誤的類，或者說是虛擬機器錯誤的類。不是所有的錯誤Exception都能獲取到的，虛擬機器報錯Exception就獲取不到，必須用Error獲取。

34. 通過StringBuffer的建構函式來設定他的初始化容量，可以明顯提升效能

StringBuffer的預設容量為16，當StringBuffer的容量達到最大容量時，她會將自身容量增加到當前的2倍+2，也就是2*n+2。無論何時，只要StringBuffer到達她的最大容量，她就不得不建立一個新的物件陣列，然後複製舊的物件陣列，這會浪費很多時間。所以給StringBuffer設定一個合理的初始化容量值，是很有必要的！

35. 合理使用java.util.Vector

Vector與StringBuffer類似，每次擴充套件容量時，所有現有元素都要賦值到新的儲存空間中。Vector的預設儲存能力為10個元素，擴容加倍。
vector.add(index,obj) 這個方法可以將元素obj插入到index位置，但index以及之後的元素依次都要向下移動一個位置（將其索引加 1）。 除非必要，否則對效能不利。同樣規則適用於remove(int index)方法，移除此向量中指定位置的元素。將所有後續元素左移（將其索引減 1）。返回此向量中移除的元素。所以刪除vector最後一個元素要比刪除第1個元素開銷低很多。刪除所有元素最好用removeAllElements()方法。
如果要刪除vector裡的一個元素可以使用 vector.remove(obj)；而不必自己檢索元素位置，再刪除，如int index = indexOf（obj）;vector.remove(index)；

36. 不用new關鍵字建立物件的例項 
用new關鍵詞建立類的例項時，建構函式鏈中的所有建構函式都會被自動呼叫。但如果一個物件實現了Cloneable介面，我們可以呼叫她的clone()方法。clone()方法不會呼叫任何類建構函式。
下面是Factory模式的一個典型實現：

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public static Credit getNewCredit()
{
    return new Credit();
}

改進後的程式碼使用clone()方法：

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private static Credit BaseCredit = new Credit();
public static Credit getNewCredit()
{
    return (Credit)BaseCredit.clone();
}

37. 不要將陣列宣告為：public static final
38. HaspMap的遍歷：

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Map<String, String[]> paraMap = new HashMap<String, String[]>();
for( Entry<String, String[]> entry : paraMap.entrySet() )
{
    String appFieldDefId = entry.getKey();
    String[] values = entry.getValue();
}

利用雜湊值取出相應的Entry做比較得到結果，取得entry的值之後直接取key和value。

39. array(陣列)和ArrayList的使用
array 陣列效率最高，但容量固定，無法動態改變，ArrayList容量可以動態增長，但犧牲了效率。

40. 單執行緒應儘量使用 HashMap, ArrayList,除非必要，否則不推薦使用HashTable,Vector，她們使用了同步機制，而降低了效能。

41. StringBuffer,StringBuilder的區別在於：java.lang.StringBuffer 執行緒安全的可變字元序列。一個類似於String的字串緩衝區，但不能修改。StringBuilder與該類相比，通常應該優先使用StringBuilder類，因為她支援所有相同的操作，但由於她不執行同步，所以速度更快。為了獲得更好的效能，在構造StringBuffer或StringBuilder時應儘量指定她的容量。當然如果不超過16個字元時就不用了。 相同情況下，使用StringBuilder比使用StringBuffer僅能獲得10%~15%的效能提升，但卻要冒多執行緒不安全的風險。綜合考慮還是建議使用StringBuffer。

42. 儘量使用基本資料型別代替物件。

43. 使用具體類比使用介面效率高，但結構彈性降低了，但現代IDE都可以解決這個問題。

44. 考慮使用靜態方法，如果你沒有必要去訪問物件的外部，那麼就使你的方法成為靜態方法。她會被更快地呼叫，因為她不需要一個虛擬函式導向表。這同事也是一個很好的實踐，因為她告訴你如何區分方法的性質，呼叫這個方法不會改變物件的狀態。

45. 應儘可能避免使用內在的GET,SET方法。

46.避免列舉，浮點數的使用。

以下舉幾個實用優化的例子：

一、避免在迴圈條件中使用複雜表示式

在不做編譯優化的情況下，在迴圈中，迴圈條件會被反覆計算，如果不使用複雜表示式，而使迴圈條件值不變的話，程式將會執行的更快。例子：

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import java.util.Vector;
class CEL {
     void method (Vector vector) {
         for (int i = 0; i < vector.size (); i++)   // Violation
             ; // ...
     }
}

更正：

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class CEL_fixed {
     void method (Vector vector) {
         int size = vector.size ()
         for (int i = 0; i < size; i++)
             ; // ...
     }
}

二、為’Vectors’ 和 ‘Hashtables’定義初始大小
JVM為Vector擴充大小的時候需要重新建立一個更大的陣列，將原原先陣列中的內容複製過來，最後，原先的陣列再被回收。可見Vector容量的擴大是一個頗費時間的事。

通常，預設的10個元素大小是不夠的。你最好能準確的估計你所需要的最佳大小。例子：

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import java.util.Vector;
public class DIC {
     public void addObjects (Object[] o) {
         // if length > 10, Vector needs to expand
         for (int i = 0; i< o.length;i++) {   
             v.add(o);    // capacity before it can add more elements.
         }
     }
     public Vector v = new Vector();   // no initialCapacity.
}

更正：

自己設定初始大小。

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public Vector v = new Vector(20); 
public Hashtable hash = new Hashtable(10);

三、在finally塊中關閉Stream

程式中使用到的資源應當被釋放，以避免資源洩漏。這最好在finally塊中去做。不管程式執行的結果如何，finally塊總是會執行的，以確保資源的正確關閉。

四、使用’System.arraycopy ()’代替通過來迴圈複製陣列,例子：

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public class IRB
{
     void method () {
         int[] array1 = new int [100];
         for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
             array1 [i] = i;
         }
         int[] array2 = new int [100];
         for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
             array2 [i] = array1 [i]; // Violation
         }
     }
}

更正：

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public class IRB
{
     void method () {
         int[] array1 = new int [100];
         for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
             array1 [i] = i;
         }
         int[] array2 = new int [100];
         System.arraycopy(array1, 0, array2, 0, 100);
     }
}

五、讓訪問例項內變數的getter/setter方法變成”final”

簡單的getter/setter方法應該被置成final，這會告訴編譯器，這個方法不會被過載，所以，可以變成”inlined”,例子：

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class MAF {
     public void setSize (int size) {
          _size = size;
     }
     private int _size;
}

更正：

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class DAF_fixed {
     final public void setSize (int size) {
          _size = size;
     }
     private int _size;
}

六、對於常量字串，用’String’ 代替 ‘StringBuffer’
常量字串並不需要動態改變長度。

例子：

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public class USC {
     String method () {
         StringBuffer s = new StringBuffer ("Hello");
         String t = s + "World!";
         return t;
     }
}

更正：把StringBuffer換成String，如果確定這個String不會再變的話，這將會減少執行開銷提高效能。

七、在字串相加的時候，使用 ‘ ‘ 代替 ” “，如果該字串只有一個字元的話

例子：

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public class STR {
     public void method(String s) {
         String string = s + "d"   // violation.
         string = "abc" + "d"       // violation.
     }
}

更正：

將一個字元的字串替換成’ ‘

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public class STR {
     public void method(String s) {
         String string = s + 'd'
         string = "abc" + 'd'  
     }
}

以上僅是Java方面程式設計時的效能優化，效能優化大部分都是在時間、效率、程式碼結構層次等方面的權衡，各有利弊，不要把上面內容當成教條，或許有些對我們實際工作適用，有些不適用，還望根據實際工作場景進行取捨吧，活學活用，變通為宜。

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