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 {}