Java程序性能优化

Java程序性能优化

一、避免在循环条件中使用复杂表达式

在不做编译优化的情况下，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。

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 < size; i++)
            ; // ...
    }
}


二、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。你最好能准确的估计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; i< o.length;i++) {   
            v.add(o);   // capacity before it can add more elements.
        }
    }
    public Vector v = new Vector();  // no initialCapacity.
}

更正：
自己设定初始大小。
    public Vector v = new Vector(20); 
    public Hashtable hash = new Hashtable(10);

参考资料：
Dov Bulka, "Java Performance and Scalability Volume 1: Server-Side Programming
Techniques" Addison Wesley, ISBN: 0-201-70429-3 pp.55 – 57


三、在finally块中关闭Stream

程序中使用到的资源应当被释放，以避免资源泄漏。这最好在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。
        
例子：
import java.io.*;
public class CS {
    public static void main (String args[]) {
        CS cs = new CS ();
        cs.method ();
    }
    public void method () {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream ("CS.java");
            int count = 0;
            while (fis.read () != -1)
                count++;
            System.out.println (count);
            fis.close ();
        } catch (FileNotFoundException e1) {
        } catch (IOException e2) {
        }
    }
}
        
更正：
在最后一个catch后添加一个finally块

参考资料：
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.77-79

四、使用'System.arraycopy ()'代替通过来循环复制数组

'System.arraycopy ()' 要比通过循环来复制数组快的多。
        
例子：
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：
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);
    }
}
        
参考资料：
http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/speed.html


五、让访问实例内变量的getter/setter方法变成”final”

简单的getter/setter方法应该被置成final，这会告诉编译器，这个方法不会被重载，所以，可以变成”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;
}

参考资料：
Warren N. and Bishop P. (1999), "Java in Practice", p. 4-5
Addison-Wesley, ISBN 0-201-36065-9


六、避免不需要的instanceof操作

如果左边的对象的静态类型等于右边的，instanceof表达式返回永远为true。
        
例子：        
public class UISO {
    public UISO () {}
}
class Dog extends UISO {
    void method (Dog dog, UISO u) {
        Dog d = dog;
        if (d instanceof UISO) // always true.
            System.out.println("Dog is a UISO");
        UISO uiso = u;
        if (uiso instanceof Object) // always true.
            System.out.println("uiso is an Object");
    }
}
        
更正：        
删掉不需要的instanceof操作。
        
class Dog extends UISO {
    void method () {
        Dog d;
        System.out.println ("Dog is an UISO");
        System.out.println ("UISO is an UISO");
    }
}


七、避免不需要的造型操作

所有的类都是直接或者间接继承自Object。同样，所有的子类也都隐含的“等于”其父类。那么，由子类造型至父类的操作就是不必要的了。
例子：
class UNC {
    String _id = "UNC";
}
class Dog extends UNC {
    void method () {
        Dog dog = new Dog ();
        UNC animal = (UNC)dog;  // not necessary.
        Object o = (Object)dog;         // not necessary.
    }
}
        
更正：        
class Dog extends UNC {
    void method () {
        Dog dog = new Dog();
        UNC animal = dog;
        Object o = dog;
    }
}
        
参考资料：
Nigel Warren, Philip Bishop: "Java in Practice - Design Styles and Idioms
for Effective Java".  Addison-Wesley, 1999. pp.22-23

八、如果只是查找单个字符的话，用charAt()代替startsWith()

用一个字符作为参数调用startsWith()也会工作的很好，但从性能角度上来看，调用用String API无疑是错误的!
        
例子：
public class PCTS {
    private void method(String s) {
        if (s.startsWith("a")) { // violation
            // ...
        }
    }
}
        
更正        
将'startsWith()' 替换成'charAt()'.
public class PCTS {
    private void method(String s) {
        if ('a' == s.charAt(0)) {
            // ...
        }
    }
}
        
参考资料：
Dov Bulka, "Java Performance and Scalability Volume 1: Server-Side Programming
Techniques"  Addison Wesley, ISBN: 0-201-70429-3

九、使用移位操作来代替'a / b'操作

"/"是一个很“昂贵”的操作，使用移位操作将会更快更有效。

例子：
public class SDIV {
    public static final int NUM = 16;
    public void calculate(int a) {
        int div = a / 4;            // should be replaced with "a >> 2".
        int div2 = a / 8;         // should be replaced with "a >> 3".
        int temp = a / 3;
    }
}

更正：
public class SDIV {
    public static final int NUM = 16;
    public void calculate(int a) {
        int div = a >> 2; 
        int div2 = a >> 3;
        int temp = a / 3;       // 不能转换成位移操作
    }
}


十、使用移位操作代替'a * b'

同上。
[i]但我个人认为，除非是在一个非常大的循环内，性能非常重要，而且你很清楚你自己在做什么，方可使用这种方法。否则提高性能所带来的程序晚读性的降低将是不合算的。

例子：
public class SMUL {
    public void calculate(int a) {
        int mul = a * 4;            // should be replaced with "a << 2".
        int mul2 = 8 * a;         // should be replaced with "a << 3".
        int temp = a * 3;
    }
}

更正：
package OPT;
public class SMUL {
    public void calculate(int a) {
        int mul = a << 2; 
        int mul2 = a << 3;
        int temp = a * 3;       // 不能转换
    }
}


十一、在字符串相加的时候，使用 ' ' 代替 " "，如果该字符串只有一个字符的话


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

更正：
将一个字符的字符串替换成' '
public class STR {
    public void method(String s) {
        String string = s + 'd'
        string = "abc" + 'd'  
    }
}


十二、不要在循环中调用synchronized(同步)方法

方法的同步需要消耗相当大的资料，在一个循环中调用它绝对不是一个好主意。

例子：
import java.util.Vector;
public class SYN {
    public synchronized void method (Object o) {
    }
    private void test () {
        for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
            method (vector.elementAt(i));    // violation
        }
    }
    private Vector vector = new Vector (5, 5);
}

更正：
不要在循环体中调用同步方法，如果必须同步的话，推荐以下方式：
import java.util.Vector;
public class SYN {
    public void method (Object o) {
    }
private void test () {
    synchronized{//在一个同步块中执行非同步方法
            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                method (vector.elementAt(i));  
            }
        }
    }
    private Vector vector = new Vector (5, 5);
}


十三、将try/catch块移出循环

把try/catch块放入循环体内，会极大的影响性能，如果编译JIT被关闭或者你所使用的是一个不带JIT的JVM，性能会将下降21%之多!
        
例子：        
import java.io.FileInputStream;
public class TRY {
    void method (FileInputStream fis) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            try {                                      // violation
                _sum += fis.read();
            } catch (Exception e) {}
        }
    }
    private int _sum;
}
        
更正：        
将try/catch块移出循环        
    void method (FileInputStream fis) {
        try {
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                _sum += fis.read();
            }
        } catch (Exception e) {}
    }
        
参考资料：
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.81 – 83


十四、对于boolean值，避免不必要的等式判断

将一个boolean值与一个true比较是一个恒等操作(直接返回该boolean变量的值). 移走对于boolean的不必要操作至少会带来2个好处：
1)代码执行的更快 (生成的字节码少了5个字节)；
2)代码也会更加干净 。

例子：
public class UEQ
{
    boolean method (String string) {
        return string.endsWith ("a") == true;   // Violation
    }
}

更正：
class UEQ_fixed
{
    boolean method (String string) {
        return string.endsWith ("a");
    }
}


十五、对于常量字符串，用'String' 代替 'StringBuffer'

常量字符串并不需要动态改变长度。
例子：
public class USC {
    String method () {
        StringBuffer s = new StringBuffer ("Hello");
        String t = s + "World!";
        return t;
    }
}

更正：
把StringBuffer换成String，如果确定这个String不会再变的话，这将会减少运行开销提高性能。


十六、用'StringTokenizer' 代替 'indexOf()' 和'substring()'

字符串的分析在很多应用中都是常见的。使用indexOf()和substring()来分析字符串容易导致StringIndexOutOfBoundsException。而使用StringTokenizer类来分析字符串则会容易一些，效率也会高一些。

例子：
public class UST {
    void parseString(String string) {
        int index = 0;
        while ((index = string.indexOf(".", index)) != -1) {
            System.out.println (string.substring(index, string.length()));
        }
    }
}

参考资料：
Graig Larman, Rhett Guthrie: "Java 2 Performance and Idiom Guide"
Prentice Hall PTR, ISBN: 0-13-014260-3 pp. 282 – 283


十七、使用条件操作符替代"if (cond) return; else return;" 结构

条件操作符更加的简捷
例子：
public class IF {
    public int method(boolean isDone) {
        if (isDone) {
            return 0;
        } else {
            return 10;
        }
    }
}

更正：
public class IF {
    public int method(boolean isDone) {
        return (isDone ? 0 : 10);
    }
}

十八、使用条件操作符代替"if (cond) a = b; else a = c;" 结构

例子：
public class IFAS {
    void method(boolean isTrue) {
        if (isTrue) {
            _value = 0;
        } else {
            _value = 1;
        }
    }
    private int _value = 0;
}

更正：
public class IFAS {
    void method(boolean isTrue) {
        _value = (isTrue ? 0 : 1);       // compact expression.
    }
    private int _value = 0;
}


十九、不要在循环体中实例化变量

在循环体中实例化临时变量将会增加内存消耗

例子：        
import java.util.Vector;
public class LOOP {
    void method (Vector v) {
        for (int i=0;i < v.size();i++) {
            Object o = new Object();
            o = v.elementAt(i);
        }
    }
}
        
更正：        
在循环体外定义变量，并反复使用        
import java.util.Vector;
public class LOOP {
    void method (Vector v) {
        Object o;
        for (int i=0;i<v.size();i++) {
            o = v.elementAt(i);
        }
    }
}


二十、确定 StringBuffer的容量

StringBuffer的构造器会创建一个默认大小(通常是16)的字符数组。在使用中，如果超出这个大小，就会重新分配内存，创建一个更大的数组，并将原先的数组复制过来，再丢弃旧的数组。在大多数情况下，你可以在创建StringBuffer的时候指定大小，这样就避免了在容量不够的时候自动增长，以提高性能。

例子：        
public class RSBC {
    void method () {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer(); // violation
        buffer.append ("hello");
    }
}
        
更正：        
为StringBuffer提供寝大小。        
public class RSBC {
    void method () {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer(MAX);
        buffer.append ("hello");
    }
    private final int MAX = 100;
}
        
参考资料：
Dov Bulka, "Java Performance and Scalability Volume 1: Server-Side Programming
Techniques" Addison Wesley, ISBN: 0-201-70429-3 p.30 – 31


二十一、尽可能的使用栈变量

如果一个变量需要经常访问，那么你就需要考虑这个变量的作用域了。static? local?还是实例变量？访问静态变量和实例变量将会比访问局部变量多耗费2-3个时钟周期。
        
例子：
public class USV {
    void getSum (int[] values) {
        for (int i=0; i < value.length; i++) {
            _sum += value[i];           // violation.
        }
    }
    void getSum2 (int[] values) {
        for (int i=0; i < value.length; i++) {
            _staticSum += value[i];
        }
    }
    private int _sum;
    private static int _staticSum;
}    
        
更正：        
如果可能，请使用局部变量作为你经常访问的变量。
你可以按下面的方法来修改getSum()方法：        
void getSum (int[] values) {
    int sum = _sum;  // temporary local variable.
    for (int i=0; i < value.length; i++) {
        sum += value[i];
    }
    _sum = sum;
}
        
参考资料：        
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.122 – 125


二十二、不要总是使用取反操作符(!)

取反操作符(!)降低程序的可读性，所以不要总是使用。

例子：
public class DUN {
    boolean method (boolean a, boolean b) {
        if (!a)
            return !a;
        else
            return !b;
    }
}

更正：
如果可能不要使用取反操作符(!)


二十三、与一个接口 进行instanceof操作

基于接口的设计通常是件好事，因为它允许有不同的实现，而又保持灵活。只要可能，对一个对象进行instanceof操作，以判断它是否某一接口要比是否某一个类要快。

例子：
public class INSOF {
    private void method (Object o) {
        if (o instanceof InterfaceBase) { }  // better
        if (o instanceof ClassBase) { }   // worse.
    }
}

class ClassBase {}
interface InterfaceBase {}