Java性能优化技巧之尽可能使用局部变量

 

如果你频繁存取变量，就需要考虑从何处存取这些变量。变量是 static 变量，还是局部变量，或是类的实例变量？变量的存储位置对存取他的代码的性能有明显的影响？例如，请考虑下面这段代码：

class stackvars

{

  private int instvar;

  private static int staticvar;

  

  //存取局部变量

  void stackaccess(int val)

  {

    int j=0;

    for (int i=0; i<val; i++)

      j += 1;

  }

  

  //存取类的实例变量

  void instanceaccess(int val)

  {

    for (int i=0; i<val; i++)

      instvar += 1;

  }   

  

  //存取类的 static 变量

  void staticaccess(int val)

  {

    for (int i=0; i<val; i++)

      staticvar += 1;

  }

}    

这段代码中的每个方法都执行相同的循环，并反复相同的次数。唯一的不同是每个循环使一个不同类型的变量递增。方法 stackaccess 使一个局部堆栈变量递增，instanceaccess 使类的一个实例变量递增，而 staticaccess 使类的一个 static 变量递增。

instanceaccess 和 staticaccess 的执行时间基本相同。不过，stackaccess 要快两到三倍。存取堆栈变量如此快是因为，jvm 存取堆栈变量比他存取 static 变量或类的实例变量执行的操作少。请看一下为这三个方法生成的字节码：

method void stackaccess(int)

   0 iconst_0         //将 0 压入堆栈。

   1 istore_2         //弹出 0 并将他存储在局部分变量表中索引为 2 的位置 (j)。

   2 iconst_0         //压入 0。

   3 istore_3         //弹出 0 并将他存储在局部变量表中索引为 3 的位置 (i)。

   4 goto 13          //跳至位置 13。

   7 iinc 2 1         //将存储在索引 2 处的 j 加 1。

  10 iinc 3 1         //将存储在索引 3 处的 i 加 1。

  13 iload_3          //压入索引 3 处的值 (i)。

  14 iload_1          //压入索引 1 处的值 (val)。

  15 if_icmplt 7      //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val，则跳至位置 7。

  18 return           //返回调用方法。

  

method void instanceaccess(int)

   0 iconst_0         //将 0 压入堆栈。

   1 istore_2         //弹出 0 并将他存储在局部变量表中索引为 2 的位置 (i)。

   2 goto 18          //跳至位置 18。

   5 aload_0          //压入索引 0 (this)。

   6 dup              //复制堆栈顶的值并将他压入。

   7 getfield #19 <field int instvar>

                      //弹出 this 对象引用并压入 instvar 的值。

  10 iconst_1         //压入 1。

  11 iadd             //弹出栈顶的两个值，并压入他们的和。

  12 putfield #19 <field int instvar>

                      //弹出栈顶的两个值并将和存储在 instvar 中。

  15 iinc 2 1         //将存储在索引 2 处的 i 加 1。

  18 iload_2          //压入索引 2 处的值 (i)。

  19 iload_1          //压入索引 1 处的值 (val)。

  20 if_icmplt 5      //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val，则跳至位置 5。

  23 return           //返回调用方法。

  

method void staticaccess(int)

   0 iconst_0         //将 0 压入堆栈。

   1 istore_2         //弹出 0 并将他存储在局部变量表中索引为 2 的位置 (i)。

   2 goto 16          //跳至位置 16。

   5 getstatic #25 <field int staticvar>

                      //将常数存储池中 staticvar 的值压入堆栈。

   8 iconst_1         //压入 1。

   9 iadd             //弹出栈顶的两个值，并压入他们的和。

  10 putstatic #25 <field int staticvar>

                      //弹出和的值并将他存储在 staticvar 中。

  13 iinc 2 1         //将存储在索引 2 处的 i 加 1。

  16 iload_2          //压入索引 2 处的值 (i)。

  17 iload_1          //压入索引 1 处的值 (val)。

  18 if_icmplt 5      //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val，则跳至位置 5。

  21 return           //返回调用方法。

查看字节码揭示了堆栈变量效率更高的原因。jvm 是一种基于堆栈的虚拟机，因此优化了对堆栈数据的存取和处理。所有局部变量都存储在一个局部变量表中，在 java 操作数堆栈中进行处理，并可被高效地存取。存取 static 变量和实例变量成本更高，因为 jvm 必须使用代价更高的操作码，并从常数存储池中存取他们。（常数存储池保存一个类型所使用的所有类型、字段和方法的符号引用。）

通常，在第一次从常数存储池中访问 static 变量或实例变量以后，jvm 将动态更改字节码以使用效率更高的操作码。尽管有这种优化，堆栈变量的存取仍然更快。

考虑到这些事实，就能重新构建前面的代码，以便通过存取堆栈变量而不是实例变量或 static 变量使操作更高效。请考虑修改后的代码：

class stackvars

{

  //和前面相同...

  void instanceaccess(int val)

  {

    int j = instvar;

    for (int i=0; i<val; i++)

      j += 1;

    instvar = j;

  }  

  

  void staticaccess(int val)

  {

    int j = staticvar;

    for (int i=0; i<val; i++)

      j += 1;

    staticvar = j;

  }

}   

方法 instanceaccess 和 staticaccess 被修改为将他们的实例变量或 static 变量复制到局部堆栈变量中。当变量的处理完成以后，其值又被复制回实例变量或 static 变量中。这种简单的更改明显提高了 instanceaccess 和 staticaccess 的性能。这三个方法的执行时间目前基本相同，instanceaccess 和 staticaccess 的执行速度只比 stackaccess 的执行速度慢大约 4%。

这并不表示你应该避免使用 static 变量或实例变量。你应该使用对你的设计有意义的存储机制。例如，如果你在一个循环中存取 static 变量或实例变量，则你能临时将他们存储在一个局部堆栈变量中，这样就能明显地提高代码的性能。这将提供最高效的字节码指令序列供 jvm 执行。