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Java性能優化的50個細節(珍藏版)

作者:陶邦仁

https://my.oschina.net/xianggao/blog/77224

在JAVA程式中,性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性能。

● 1. 儘量在合適的場合使用單例

使用單例可以減輕加載的負擔,縮短加載的時間,提高加載的效率,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,控制實體的產生,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,讓多個不相關的行程或執行緒之間實現通信。

● 2. 儘量避免隨意使用靜態變數

當某個物件被定義為static變數所取用,那麼GC通常是不會回收這個物件所占有的記憶體,如

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

此時靜態變數b的生命周期與A類同步,如果A類不會卸載,那麼b物件會常駐記憶體,直到程式終止。

● 3. 儘量避免過多過常地創建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創建物件,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,最大限度地重用物件,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防止了使用者改寫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編譯器會尋找機會行內(inline)所有的final方法(這和具體的編譯器實現有關),此舉能夠使性能平均提高50%。

如:讓訪問實體內變數的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,這個方法不會被多載,所以,可以變成”inlined”,例子:

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創建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、實體變數等,都在堆(Heap)中創建,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,是在堆中產生實體。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的方法儘量減小,並且應儘量使用方法同步代替代碼塊同步。

● 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,程式運行效率更差。

● 10. 儘量使用基本資料型別代替物件

String str = "hello";

上面這種方式會創建一個“hello”字串,而且JVM的字符快取池還會快取這個字串;

String str = new String("hello");

此時程式除創建字串外,str所取用的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,降低了性能。

● 12. 儘量合理的創建HashMap

當你要創建一個比較大的hashMap時,充分利用這個建構式

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);

避免HashMap多次進行了hash重構,擴容是一件很耗費性能的事,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覆計算

如:

for(int i=0;i<list.size();i++)

應該改為:

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運算式,在迴圈中,迴圈條件會被反覆計算,如果不使用複雜運算式,而使迴圈條件值不變的話,程式將會運行的更快。

● 14. 儘量避免不必要的創建

如:

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

應該改為:

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,以避免資源泄漏,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:

int num = a / 4;
int num = a / 8;

應該改為:

int num = a >> 2;
int num = a >> 3;

但註意的是使用移位應添加註釋,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:

int num = a * 4;
int num = a * 8;

應該改為:

int num = a <2;
int num = a <3;

● 18. 儘量確定StringBuffer的容量

StringBuffer 的建構式會創建一個預設大小(通常是16)的字符陣列。在使用中,如果超出這個大小,就會重新分配記憶體,創建一個更大的陣列,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,你可以在創建 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,以提高性能。

如:

StringBuffer buffer = new StringBuffer(1000);

● 19. 儘量早釋放無用物件的取用

大部分時,方法區域性取用變數所取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,取用變數顯式設為null。

例如:

Java代碼

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取用變數的作用域就結束了。但是如果是改成下麵:

Java代碼

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物件的取用。

● 20. 儘量避免使用二維陣列

二維資料占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由於支持正則運算式,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,一個是鏈表,一句話,隨機查詢儘量使用ArrayList,ArrayList優於LinkedList,LinkedList還要移動指標,添加刪除的操作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

盡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占用過多的快取,性能下降,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

當創建一個異常時,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創建的。構建這些棧跟蹤時需要為運行時棧做一份快照,正是這一部分開銷很大。當需要創建一個 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。棧跟蹤不只包含運行時棧中的一兩個元素,而是包含這個棧中的每一個元素。

如果您創建一個 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,你甚至可以隨意地丟擲異常,而不用花費很大的代價。招致性能損失的並不是 throw 操作——儘管在沒有預先創建異常的情況下就丟擲異常是有點不尋常。真正要花代價的是創建異常,幸運的是,好的編程習慣已教會我們,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,出現字串連接情況時應使用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性能帶來很大的影響。

● 28. 不要重覆初始化變數

預設情況下,呼叫類的建構式時,java會把變數初始化成確定的值,所有的物件被設置成null,整數變數設置成0,float和double變數設置成0.0,邏輯值設置成false。當一個類從另一個類派生時,這一點尤其應該註意,因為用new關鍵字創建一個物件時,建構式鏈中的所有建構式都會被自動呼叫。

這裡有個註意,給成員變數設置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編程過程中,進行資料庫連接,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. 過分的創建物件會消耗系統的大量記憶體,嚴重時,會導致記憶體泄漏,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,手動設置成null。

● 32. 在使用同步機制時,應儘量使用方法同步代替代碼塊同步。

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

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

● 34. 通過StringBuffer的建構式來設定它的初始化容量,可以明顯提升性能

StringBuffer的預設容量為16,當StringBuffer的容量達到最大容量時,它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到達它的最大容量,它就不得不創建一個新的物件陣列,然後複製舊的物件陣列,這會浪費很多時間。所以給StringBuffer設置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,每次擴展容量時,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,否則對性能不利。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)。傳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里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)。

● 38. 不用new關鍵字創建物件的實體

用new關鍵詞創建類的實體時,建構式鏈中的所有建構式都會被自動呼叫。但如果一個物件實現了Cloneable接口,我們可以呼叫它的clone()方法。clone()方法不會呼叫任何類建構式。

下麵是Factory樣式的一個典型實現:

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

改進後的代碼使用clone()方法:

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

● 39. 不要將陣列宣告為:public static final

● 40. HaspMap的遍歷:

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

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

● 41. 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。

● 42. 單執行緒應儘量使用 HashMap, ArrayList,除非必要,否則不推薦使用HashTable,Vector,它們使用了同步機制,而降低了性能。

● 43. StringBuffer,StringBuilder的區別在於

java.lang.StringBuffer 執行緒安全的可變字符序列。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,因為它支持所有相同的操作,但由於它不執行同步,所以速度更快。

為了獲得更好的性能,在構造StringBuffer或StringBuilder時應儘量指定她的容量。當然如果不超過16個字符時就不用了。 相同情況下,使用StringBuilder比使用StringBuffer僅能獲得10%~15%的性能提升,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。

● 44. 儘量使用基本資料型別代替物件。

● 45. 使用具體類比使用接口效率高,但結構彈性降低了,但現代IDE都可以解決這個問題。

● 46. 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。它會被更快地呼叫,因為它不需要一個虛擬函式導向表。這同時也是一個很好的實踐,因為它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。

● 47. 應盡可能避免使用內在的GET,SET方法。

● 48.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運算式

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,如果不使用複雜運算式,而使迴圈條件值不變的話,程式將會運行的更快。例子:

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

更正:

class CEL_fixed {
void method (Vector vector) {
int size = vector.size ()
for (int i = 0; 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創建一個更大的陣列,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:

import java.util.Vector;
public class DIC {
public void addObjects (Object[] o) {
// if length > 10, Vector needs to expand
for (int i = 0; iv.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。

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,以避免資源泄漏。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:

public class IRB
{

void method () {
int[] array1 = new int [100];
for (int i = 0; i array1 [i] = i;
}
int[] array2 = new int [100];
for (int i = 0; i array2 [i] = array1 [i]; // Violation
}
}
}

更正:

public class IRB
{

void method () {
int[] array1 = new int [100];
for (int i = 0; i array1 [i] = i;
}
int[] array2 = new int [100];
System.arraycopy(array1, 0, array2, 0100);
}
}

● 五、讓訪問實體內變數的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,這個方法不會被多載,所以,可以變成”inlined”,例子:

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;
}

● 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:

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,這將會減少運行開銷提高性能。

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

例子:

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

更正:

將一個字符的字串替換成’ ‘

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

以上僅是Java方面編程時的性能優化,性能優化大部分都是在時間、效率、代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,活學活用,變通為宜。

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