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Java性能优化

  1. 尽量在合适的场合使用单例。可以减轻加载的负担,缩短加载的时间,提高加载的效率,但并不是所有地方都适用于单例。单例主要适用于以下三个方面:
    ①控制资源的使用,通过线程同步来控制资源的并发访问。
    ②控制实例的产生,以达到节约资源的目的。
    ③控制数据共享,在不建立直接关联的条件下,让多个不相关的进程或线程之间实现通信。

  2. 尽量避免随意使用静态变量。当某个对象被定义为 static,那么 GC 通常是不会回收这个对象所占有的内存,如:

public class Demo {
 private static Tab tab = new Tab();
}

此时静态变量 tab 的生命周期与 Demo 类同步,如果 Demo 类不卸载,那么 tab 对象会常驻内存,直到程序终止。

  1. 尽量避免过多过常地创建 Java 对象。尽量重用对象。尽量避免在经常调用的方法或者循环中 new 对象,特别是 String 对象的使用中,出现字符串连接情况时应使用 StringBuffer 代替。由于系统不仅要花费时间来创建对象,而且还要花时间对这些对象进行垃圾回收和处理。在可以控制的范围内,最大限度地重用对象,最好能用基本的数据类型或数组来替代对象。

  2. 通过 StringBuffer 的构造函数来设定它的初始化容量,可以明显提升性能。StringBuffer 的默认容量为 16,当 StringBuffer 的容量达到最大时,它会将自身容量增加到当前的 2 倍加 2,也就是2*n+2。无论何时,只要 StringBuffer 达到它的最大容量,它就不得不创建一个新的更大的对象数组,然后复制旧的对象数组过来,再丢弃旧的数组。这会浪费很多时间。所以给 StringBuffer 设置一个合理的初始化容量值,这样就避免了在容量不够的时候自动增长,以提高性能。

StringBuffer buffer = new StringBuffer(1000);
  1. StringBuffer、StringBuilder的区别
    java.lang.StringBuffer 线程安全的可变字符序列。一个类似于 String 的字符串缓冲区,但不能修改。StringBuilder 与该类相比,通常应该优先使用 StringBuilder 类,因为它支持所有相同的操作,但由于它不支持同步,所以速度更快。
    为了获得更好的性能,在构造 StringBuffer 或 StringBuilder 时应尽量指定容量。当然如果不超过 16 个字符时就不用了。 相同情况下,使用 StringBuilder 比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。综合考虑还是建议使用 StringBuffer。

  2. 尽量使用 final 修饰符。带有 final 修饰符的类是不可派生的。在 Java 核心 API 中,有许多应用 final 的例子,例如java.lang.String,为 String 类指定 final 防止了使用者覆盖 length()。另外,如果一个类是 final 的,则该类所有方法都是 final 的。Java 编译器会寻找机会内联(inline)所有的 final 方法(这和具体的编译器实现有关),此举能够使性能平均提高 50%。如让访问实例内变量的 get/set 方法变成 final。简单的 get/set 方法应该被置成 final,这会告诉编译器,该方法不会被重载,所以可以变”inlined”。例子:

public class Entity{
 private int num;
 public void setNum(int num) {
    this.num = num;
 }
}

优化为:

public class Entity{
 private int num;
 final public void setNum(int num) {
    this.num = num;
 }
}
  1. 尽量使用局部变量。调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈(Stack)中,速度较快。其他变量,如静态变量、实例变量等,都在堆(Heap)中创建,速度较慢。

  2. 尽量处理好包装类型和基本类型两者的使用。虽然包装类型和基本类型在使用过程中是可以相互转换,但二者所产生的内存区域是完全不同的。基本类型数据产生和处理都在栈中处理,包装类型是对象,是在堆中产生实例。在集合类对象,有对象方面需要的处理适用包装类型,其他的处理提倡使用基本类型。

  3. 慎用 synchronized,尽量减小 synchronize 的方法。都知道,实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。synchronize 方法被调用时,直接会把当前对象锁了,在方法执行完之前其他线程无法调用当前对象的其他方法。所以,synchronize 的方法尽量减小,并且应尽量使用方法同步代替代码块同步。

  4. 尽量不要使用 finalize 方法。实际上,将资源清理放在 finalize 方法中完成是非常不好的选择,由于 GC 的工作量很大,尤其是回收 Young 代内存时,大都会引起应用程序暂停,所以再选择使用 finalize 方法进行资源清理,会导致 GC 负担更大,程序运行效率更差。

  5. 尽量使用基本数据类型代替对象。

String str = "Hello";

上面这种方式会创建一个“hello”字符串,而且 JVM 的字符缓存池还会缓存这个字符串;

String str = new String("Hello");

此时程序除创建字符串外,str 所引用的 String 对象底层还包含一个 char[],这个 char[] 依次存放了h、e、l、l、o

  1. 多线程在未发生线程安全前提下应尽量使用 HashMap、ArrayList。HashTable、Vector 等使用了同步机制,降低了性能。

  2. 尽量合理的创建 HashMap。当要创建一个比较大的 hashMap 时,充分利用这个构造函数:

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);

避免 HashMap 多次进行了 hash 重构,扩容是一件很耗费性能的事。默认 initialCapacity 只有 16,而 loadFactor 是 0.75,最好能准确的估计所需要的最佳容量大小,同样的 Hashtable,Vectors 也是一样的道理。

  1. 尽量减少对变量的重复计算。
for(int i=0;i<list.size();i++){}

优化为:

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

并且在循环中应该避免使用复杂的表达式,在循环中,循环条件会被反复计算,如果不使用复杂表达式,而使循环条件值不变的话,程序将会运行的更快。

  1. 尽量避免不必要的创建。
Tab tab = new Tab();
if(i==1){
  list.add(tab);
}

优化为:

if(i==1){
Tab tab = new Tab();
  list.add(tab);
}
  1. 尽量在 finally 块中释放资源。程序中使用到的资源为避免泄漏,甚至数据库连接,I/O 流这些系统开销极大的操作,应当被关闭释放,最好在 finally 块中去做。不管程序执行的结果如何,finally 块总是会执行的,以确保资源的正确关闭。

  2. 尽量使用位运算来代替a/b或者a*b的操作。"/"是一个代价很高的操作,使用移位的操作将会更快和更有效。如:

int num = a/4;
int num = a/8;
int num = a*4;
int num = a*8;

优化为:

int num = a >> 2;
int num = a >> 3;
int num = a << 2;
int num = a << 3;

但注意的是使用移位应添加注释,因为移位操作不直观,比较难理解。

  1. 保证过期的对象的及时回收具有重要意义。过分的创建对象会消耗系统的大量内存,严重时会导致内存泄漏。因此,保证过期的对象及时回收具有重要意义。JVM 的 GC 并非十分智能,因此建议在对象使用完毕后,手动设置成 null。然而,大部分方法局部引用变量所引用的对象会随着方法结束而变成垃圾,此时程序无需将局部引用变量显式设为 null。
public void test() {
 Object obj = new Object();
 ...
 obj = null;
}

上面这个就没必要了,随着 test() 的执行完成,程序中 obj 引用变量的作用域就结束了。但是如果是改成下面:

public void test() {
 Object obj = new Object();
 ...
 obj = null;
//执行耗时,耗内存操作;或调用耗时,耗内存的方法
}

这时候就有必要将 obj 赋值为 null,可以尽早的释放对 Object 对象的引用。

  1. 尽量避免使用二维数组。二维数据占用的内存空间比一维数组多得多,大概 10 倍以上。

  2. 尽量避免使用 split。除非是必须的,否则应该避免使用 split,split 由于支持正则表达式,所以效率比较低。如果是频繁的几十,几百万的调用将会耗费大量资源,如果确实需要频繁的调用 split,可以考虑使用 apache 的 StringUtils.split(string,char),频繁 split 的可以缓存结果。

  3. ArrayList & LinkedList。一个是线性表,一个是链表。随机查询尽量使用 ArrayList,ArrayList 优于 LinkedList,LinkedList 还要移动指针。添加删除的操作 LinkedList 优于 ArrayList,ArrayList 还要移动数据。这是理论性分析,事实未必如此,重要的是理解好二者的数据结构,对症下药。

  4. 尽量使用System.arraycopy()来代替通过循环复制数组, 效率提升很多

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int a[] = new int[100];
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            a[i] = i;
        }
        int b[] = new int[100];
        for (int i = 0; i < b.length; i++) {
            b[i] = a[i];
        }
    }
}

优化为:

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        int a[] = new int[100];
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
            a[i] = i;
        }
        int b[] = new int[100];
        System.arraycopy(a, 0, b, 0, 100);
    }
}
  1. 尽量缓存经常使用的对象。可以使用数组,或 HashMap 的容器来进行缓存,但这种方式可能导致系统占用过多的缓存,性能下降。推荐可以使用一些第三方的开源工具,如 EhCache,Oscache 进行缓存,它们基本都实现了 FIFO/FLU 等缓存算法。

  2. 尽量避免非常大的内存分配。有时候问题不是由当时的堆状态造成的,而是因为分配失败造成的。分配的内存块都必须是连续的,而随着堆越来越满,找到较大的连续块越来越困难。

  3. 慎用异常。当创建一个异常时,需要收集一个栈跟踪(stack track),这个栈跟踪用于描述异常是在何处创建的。构建这些栈跟踪时需要为运行时栈做一份快照,正是这一部分开销很大。当需要创建一个 Exception 时,JVM 不得不说:先别动,我想就你现在的样子存一份快照,所以暂时停止入栈和出栈操作。栈跟踪不只包含运行时栈中的一两个元素,而是包含这个栈中的每一个元素。

如果创建一个 Exception ,就得付出代价,好在捕获异常开销不大,因此可以使用 try-catch 将核心内容包起来。从技术上讲,你甚至可以随意地抛出异常,而不用花费很大的代价。招致性能损失的并不是 throw 操作——尽管在没有预先创建异常的情况下就抛出异常是有点不寻常。真正要花代价的是创建异常。异常是为异常的情况而设计的,使用时应该牢记这一原则。

  1. 不要重复初始化变量。默认情况下,调用类的构造函数时,Java 会把变量初始化成确定的值,所有的对象被设置成 null,整数变量设置成 0,float 和 double 变量设置成 0.0,逻辑值设置成 false。当一个类从另一个类派生时,这一点尤其应该注意,因为用 new 关键字创建一个对象时,构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。

给成员变量设置初始值但需要调用其他方法的时候,最好放在一个方法。比如 initXXX() 中,因为直接调用某方法赋值可能会因为类尚未初始化而抛空指针异常,如:public int state = this.getState()。

  1. 在 Java+Oracle 的应用系统开发中,Java 中内嵌的 SQL 语言应尽量使用大写形式,以减少 Oracle 解析器的解析负担。

  2. 不要在循环中使用 Try/Catch 语句,应把 Try/Catch 放在循环最外层。
    Error 是获取系统错误的类,或者说是虚拟机错误的类。不是所有的错误 Exception 都能获取到的,虚拟机报错 Exception 就获取不到,必须用 Error 获取。

  3. 合理使用java.util.Vector。Vector 与 StringBuffer 类似,每次扩展容量时,所有现有元素都要赋值到新的存储空间中。Vector 的默认存储能力为 10 个元素,扩容加倍。

vector.add(index,obj) 这个方法可以将元素 obj 插入到 index 位置,但 index 以及之后的元素依次都要向下移动一个位置(将其索引加 1)。 除非必要,否则对性能不利。同样规则适用于 remove(int index),移除此向量中指定位置的元素。将所有后续元素左移(将其索引减 1)。返回此向量中移除的元素。所以删除 vector 最后一个元素要比删除第 1 个元素开销低很多。删除所有元素最好用removeAllElements()。

如果要删除 vector 里的一个元素可以使用vector.remove(obj);而不必自己检索元素位置,再删除,如:

int index = indexOf(obj);
vector.remove(index)。
  1. 不用 new 关键字创建对象的实例。用 new 关键词创建类的实例时,构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。但如果一个对象实现了 Cloneable 接口,可以调用它的 clone()。clone() 不会调用任何类构造函数。

下面是 Factory 模式的一个典型实现:

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

优化后的代码使用 clone():

private static Credit baseCredit = new Credit();
public static Credit getNewCredit() {
 return (Credit)baseCredit.clone();
}
  1. 不要将数组声明为:public static final。

  2. array(数组)和 ArrayList 的使用。array 数组效率最高,但容量固定,无法动态改变。ArrayList 容量可以动态增长,但牺牲了效率。

  3. 使用具体类比使用接口效率高,但结构弹性降低了,但现代 IDE 都可以解决这个问题。

  4. 考虑使用静态方法。如果没有必要去访问对象的外部,那么就让方法成为静态方法。它会被更快地调用,因为它不需要一个虚拟函数导向表。这同时也是一个很好的实践,因为它告诉如何区分方法的性质,调用这个方法不会改变对象的状态。

  5. 应尽可能避免使用内在的 GET/SET 方法。

  6. 避免枚举,浮点数的使用。

  7. 为Vectors 和 Hashtables 定义初始大小。JVM 为 Vector 扩充大小的时候需要重新创建一个更大的数组,将原先数组中的内容复制过来,最后,原先的数组再被回收。可见 Vector 容量的扩大是一个颇费时间的事。通常,默认的 10 个元素大小是不够的。最好能准确的估计所需的最佳大小,设定初始大小。


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