Java程式設計效能優化一些事兒【轉】

weixin_34321977發表於2016-06-07

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

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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

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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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