Java代碼性能優(yōu)化的 40+ 細(xì)節(jié)

來源：http://t.cn/EMze6kc

在JAVA程序中，性能問題的大部分原因并不在于JAVA語言，而是程序本身。養(yǎng)成良好的編碼習(xí)慣非常重要，能夠顯著地提升程序性能。

在合適的場合使用單例

使用單例可以減輕加載的負(fù)擔(dān)，縮短加載的時間，提高加載的效率，但并不是所有地方都適用于單例，簡單來說，單例主要適用于以下三個方面：

• 控制資源的使用，通過線程同步來控制資源的并發(fā)訪問；

• 控制實例的產(chǎn)生，以達到節(jié)約資源的目的；

• 控制數(shù)據(jù)共享，在不建立直接關(guān)聯(lián)的條件下，讓多個不相關(guān)的進程或線程之間實現(xiàn)通信。

避免隨意使用靜態(tài)變量

當(dāng)某個對象被定義為static變量所引用，那么GC通常是不會回收這個對象所占有的內(nèi)存，如

public class A {

    private static B b = new B();

}

此時靜態(tài)變量b的生命周期與A類同步，如果A類不會卸載，那么b對象會常駐內(nèi)存，直到程序終止。

避免過多過常地創(chuàng)建Java對象

盡量避免在經(jīng)常調(diào)用的方法，循環(huán)中new對象，由于系統(tǒng)不僅要花費時間來創(chuàng)建對象，而且還要花時間對這些對象進行垃圾回收和處理，在我們可以控制的范圍內(nèi)，最大限度地重用對象，最好能用基本的數(shù)據(jù)類型或數(shù)組來替代對象。

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(yīng)用final的例子，例如java、lang、String，為String類指定final防止了使用者覆蓋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編譯器會尋找機會內(nèi)聯(lián)（inline）所有的final方法（這和具體的編譯器實現(xiàn)有關(guān)），此舉能夠使性能平均提高50%。

如：讓訪問實例內(nèi)變量的getter/setter方法變成”final：

簡單的getter/setter方法應(yīng)該被置成final，這會告訴編譯器，這個方法不會被重載，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;

}

使用局部變量

調(diào)用方法時傳遞的參數(shù)以及在調(diào)用中創(chuàng)建的臨時變量都保存在棧（Stack）中，速度較快；其他變量，如靜態(tài)變量、實例變量等，都在堆（Heap）中創(chuàng)建，速度較慢。

處理好包裝類型和基本類型兩者的使用場所

雖然包裝類型和基本類型在使用過程中是可以相互轉(zhuǎn)換，但它們兩者所產(chǎn)生的內(nèi)存區(qū)域是完全不同的，基本類型數(shù)據(jù)產(chǎn)生和處理都在棧中處理，包裝類型是對象，是在堆中產(chǎn)生實例。在集合類對象，有對象方面需要的處理適用包裝類型，其他的處理提倡使用基本類型。

慎用synchronized，盡量減小synchronize的方法

都知道，實現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開銷作為代價的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制。synchronize方法被調(diào)用時，直接會把當(dāng)前對象鎖了，在方法執(zhí)行完之前其他線程無法調(diào)用當(dāng)前對象的其他方法。所以，synchronize的方法盡量減小，并且應(yīng)盡量使用方法同步代替代碼塊同步。

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，由于GC的工作量很大，尤其是回收Young代內(nèi)存時，大都會引起應(yīng)用程序暫停，所以再選擇使用finalize方法進行資源清理，會導(dǎo)致GC負(fù)擔(dān)更大，程序運行效率更差。

使用基本數(shù)據(jù)類型代替對象

String str = "hello";

上面這種方式會創(chuàng)建一個“hello”字符串，而且JVM的字符緩存池還會緩存這個字符串；

String str = new String("hello");

此時程序除創(chuàng)建字符串外，str所引用的String對象底層還包含一個char[]數(shù)組，這個char[]數(shù)組依次存放了h,e,l,l,o

多線程在未發(fā)生線程安全前提下應(yīng)盡量使用HashMap、ArrayList

HashTable、Vector等使用了同步機制，降低了性能。

合理的創(chuàng)建HashMap

當(dāng)你要創(chuàng)建一個比較大的hashMap時，充分利用這個構(gòu)造函數(shù)

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);

避免HashMap多次進行了hash重構(gòu),擴容是一件很耗費性能的事，在默認(rèn)中initialCapacity只有16，而loadFactor是 0.75，需要多大的容量，你最好能準(zhǔn)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。

減少對變量的重復(fù)計算

如：

for(int i=0;i<list.size();i++)

應(yīng)該改為：

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

并且在循環(huán)中應(yīng)該避免使用復(fù)雜的表達式，在循環(huán)中，循環(huán)條件會被反復(fù)計算，如果不使用復(fù)雜表達式，而使循環(huán)條件值不變的話，程序?qū)\行的更快。

避免不必要的創(chuàng)建

如：

A a = new A();

  if(i==1){

    list.add(a);

}

應(yīng)該改為：

if(i==1){

    A a = new A();

    list.add(a);

}

在finally塊中釋放資源

程序中使用到的資源應(yīng)當(dāng)被釋放，以避免資源泄漏，這最好在finally塊中去做。不管程序執(zhí)行的結(jié)果如何，finally塊總是會執(zhí)行的，以確保資源的正確關(guān)閉。

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(yīng)該改為：

int num = a >> 2;

int num = a >> 3;

但注意的是使用移位應(yīng)添加注釋，因為移位操作不直觀，比較難理解。

使用移位來代替'a*b'的操作

同樣的，對于'*'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(yīng)該改為：

int num = a << 2;

int num = a << 3;

確定StringBuffer的容量

StringBuffer 的構(gòu)造器會創(chuàng)建一個默認(rèn)大?。ㄍǔＪ?6）的字符數(shù)組。在使用中，如果超出這個大小，就會重新分配內(nèi)存，創(chuàng)建一個更大的數(shù)組，并將原先的數(shù)組復(fù)制過來，再丟棄舊的數(shù)組。在大多數(shù)情況下，你可以在創(chuàng)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);

避免使用二維數(shù)組

二維數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存空間比一維數(shù)組多得多，大概10倍以上。

避免使用split

除非是必須的，否則應(yīng)該避免使用split，split由于支持正則表達式，所以效率比較低，如果是頻繁的幾十，幾百萬的調(diào)用將會耗費大量資源，如果確實需要頻繁的調(diào)用split，可以考慮使用apache的StringUtils.split(string,char)，頻繁split的可以緩存結(jié)果。

ArrayList & LinkedList

一個是線性表，一個是鏈表，一句話，隨機查詢盡量使用ArrayList，ArrayList優(yōu)于LinkedList，LinkedList還要移動指針，添加刪除的操作LinkedList優(yōu)于ArrayList，ArrayList還要移動數(shù)據(jù)，不過這是理論性分析，事實未必如此，重要的是理解好2者得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對癥下藥。

使用System.arraycopy ()代替通過來循環(huán)復(fù)制數(shù)組

System.arraycopy() 要比通過循環(huán)來復(fù)制數(shù)組快的多。

緩存經(jīng)常使用的對象

盡可能將經(jīng)常使用的對象進行緩存，可以使用數(shù)組，或HashMap的容器來進行緩存，但這種方式可能導(dǎo)致系統(tǒng)占用過多的緩存，性能下降，推薦可以使用一些第三方的開源工具，如EhCache，Oscache進行緩存，他們基本都實現(xiàn)了FIFO/FLU等緩存算法。

避免非常大的內(nèi)存分配

有時候問題不是由當(dāng)時的堆狀態(tài)造成的，而是因為分配失敗造成的。分配的內(nèi)存塊都必須是連續(xù)的，而隨著堆越來越滿，找到較大的連續(xù)塊越來越困難。

26. 慎用異常

當(dāng)創(chuàng)建一個異常時，需要收集一個棧跟蹤(stack track)，這個棧跟蹤用于描述異常是在何處創(chuàng)建的。構(gòu)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(dāng)需要創(chuàng)建一個 Exception 時，JVM 不得不說：先別動，我想就您現(xiàn)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(chuàng)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(nèi)容包起來。從技術(shù)上講，你甚至可以隨意地拋出異常，而不用花費很大的代價。招致性能損失的并不是 throw 操作——盡管在沒有預(yù)先創(chuàng)建異常的情況下就拋出異常是有點不尋常。真正要花代價的是創(chuàng)建異常，幸運的是，好的編程習(xí)慣已教會我們，不應(yīng)該不管三七二十一就拋出異常。異常是為異常的情況而設(shè)計的，使用時也應(yīng)該牢記這一原則。

重用對象

特別是String對象的使用中，出現(xiàn)字符串連接情況時應(yīng)使用StringBuffer代替，由于系統(tǒng)不僅要花時間生成對象，以后可能還需要花時間對這些對象進行垃圾回收和處理。因此生成過多的對象將會給程序的性能帶來很大的影響。

不要重復(fù)初始化變量

默認(rèn)情況下，調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)時，java會把變量初始化成確定的值，所有的對象被設(shè)置成null，整數(shù)變量設(shè)置成0，float和double變量設(shè)置成0.0，邏輯值設(shè)置成false。當(dāng)一個類從另一個類派生時，這一點尤其應(yīng)該注意，因為用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個對象時，構(gòu)造函數(shù)鏈中的所有構(gòu)造函數(shù)都會被自動調(diào)用。

這里有個注意，給成員變量設(shè)置初始值但需要調(diào)用其他方法的時候，最好放在一個方法。比如initXXX()中，因為直接調(diào)用某方法賦值可能會因為類尚未初始化而拋空指針異常，如：public int state = this.getState()。

及時關(guān)閉IO

在java編程過程中，進行數(shù)據(jù)庫連接，I/O流操作，在使用完畢后，及時關(guān)閉以釋放資源。因為對這些大對象的操作會造成系統(tǒng)大的開銷。

不要在循環(huán)中使用Try/Catch語句，應(yīng)把Try/Catch放在循環(huán)最外層

Error是獲取系統(tǒng)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。

通過StringBuffer的構(gòu)造函數(shù)來設(shè)定它的初始化容量

可以明顯提升性能

StringBuffer的默認(rèn)容量為16，當(dāng)StringBuffer的容量達到最大容量時，它會將自身容量增加到當(dāng)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(chuàng)建一個新的對象數(shù)組，然后復(fù)制舊的對象數(shù)組，這會浪費很多時間。所以給StringBuffer設(shè)置一個合理的初始化容量值，是很有必要的！

HaspMap的遍歷：

Map<String, String[]> paraMap = new HashMap<String, String[]>();

for( Entry<String, String[]> entry : paraMap.entrySet() ) {

    String appFieldDefId = entry.getKey();

    String[] values = entry.getValue();

}

利用散列值取出相應(yīng)的Entry做比較得到結(jié)果，取得entry的值之后直接取key和value。

array(數(shù)組)和ArrayList的使用

array 數(shù)組效率最高，但容量固定，無法動態(tài)改變，ArrayList容量可以動態(tài)增長，但犧牲了效率。

單線程使用 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。

StringBuffer,StringBuilder的區(qū)別

java.lang.StringBuffer 線程安全的可變字符序列。一個類似于String的字符串緩沖區(qū)，但不能修改。StringBuilder與該類相比，通常應(yīng)該優(yōu)先使用StringBuilder類，因為它支持所有相同的操作，但由于它不執(zhí)行同步，所以速度更快。為了獲得更好的性能，在構(gòu)造StringBuffer或StringBuilder時應(yīng)盡量指定她的容量。當(dāng)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，但卻要冒多線程不安全的風(fēng)險。綜合考慮還是建議使用StringBuffer。

以下舉幾個實用優(yōu)化的例子：

一、避免在循環(huán)條件中使用復(fù)雜表達式

在不做編譯優(yōu)化的情況下，在循環(huán)中，循環(huán)條件會被反復(fù)計算，如果不使用復(fù)雜表達式，而使循環(huán)條件值不變的話，程序?qū)\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、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(chuàng)建一個更大的數(shù)組，將原原先數(shù)組中的內(nèi)容復(fù)制過來，最后，原先的數(shù)組再被回收?？梢奦ector容量的擴大是一個頗費時間的事。

通常，默認(rèn)的10個元素大小是不夠的。你最好能準(zhǔn)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; i< o.length;i++) {

            v.add(o); // capacity before it can add more elements.

        }

    }

    public Vector v = new Vector(); // no initialCapacity.

}

更正：

自己設(shè)定初始大小。

public Vector v = new Vector(20);

public Hashtable hash = new Hashtable(10);

三、在finally塊中關(guān)閉Stream

程序中使用到的資源應(yīng)當(dāng)被釋放，以避免資源泄漏。這最好在finally塊中去做。不管程序執(zhí)行的結(jié)果如何，finally塊總是會執(zhí)行的，以確保資源的正確關(guān)閉。

四、使用'System.arraycopy ()'代替通過來循環(huán)復(fù)制數(shù)組

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);

    }

}

五、讓訪問實例內(nèi)變量的getter/setter方法變成”final”

簡單的getter/setter方法應(yīng)該被置成final，這會告訴編譯器，這個方法不會被重載，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、對于常量字符串，用'String' 代替 'StringBuffer'

常量字符串并不需要動態(tài)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、在字符串相加的時候，使用 ' ' 代替 " "，如果該字符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：

將一個字符的字符串替換成' '

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(yōu)化，性能優(yōu)化大部分都是在時間、效率、代碼結(jié)構(gòu)層次等方面的權(quán)衡，各有利弊，不要把上面內(nèi)容當(dāng)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(jù)實際工作場景進行取舍，活學(xué)活用，變通為宜。