Java程序性能優化

一、避免在循環條件中使用複雜表達式


在不做編譯優化的情況下,在循環中,循環條件會被反覆計算,如果不使用複雜表達式,而使循環條件值不變的話,程序將會運行的更快。

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

二、爲'Vectors' 和 'Hashtables'定義初始大小


JVM爲Vector擴充大小的時候需要重新創建一個更大的數組,將原原先數組中的內容複製過來,最後,原先的數組再被回收。可見Vector容量的擴大是一個頗費時間的事。
通常,默認的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; i< o.length;i++) {    
            v.add(o);   // capacity before it can add more elements.
        }
    }
    public Vector v = new Vector();  // no initialCapacity.
}

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

參考資料:
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塊中關閉Stream


程序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。不管程序執行的結果如何,finally塊總是會執行的,以確保資源的正確關閉。
         
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:
在最後一個catch後添加一個finally塊

參考資料:
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.77-79

四、使用'System.arraycopy ()'代替通過來循環複製數組


'System.arraycopy ()' 要比通過循環來複制數組快的多。
         
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);
    }
}
         
參考資料:
http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/speed.html

五、讓訪問實例內變量的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;
}

參考資料:
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


如果左邊的對象的靜態類型等於右邊的,instanceof表達式返回永遠爲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:         
刪掉不需要的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


所有的類都是直接或者間接繼承自Object。同樣,所有的子類也都隱含的“等於”其父類。那麼,由子類造型至父類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;
    }
}
         
參考資料:
Nigel Warren, Philip Bishop: "Java in Practice - Design Styles and Idioms
for Effective Java".  Addison-Wesley, 1999. pp.22-23

八、如果只是查找單個字符的話,用charAt()代替startsWith()


用一個字符作爲參數調用startsWith()也會工作的很好,但從性能角度上來看,調用用String API無疑是錯誤的!
         
例子:
public class PCTS {
    private void method(String s) {
        if (s.startsWith("a")) { // violation
            // ...
        }
    }
}
         
更正         
將'startsWith()' 替換成'charAt()'.
public class PCTS {
    private void method(String s) {
        if ('a' == s.charAt(0)) {
            // ...
        }
    }
}
         
參考資料:
Dov Bulka, "Java Performance and Scalability Volume 1: Server-Side Programming
Techniques"  Addison Wesley, ISBN: 0-201-70429-3

九、使用移位操作來代替'a / b'操作


"/"是一個很“昂貴”的操作,使用移位操作將會更快更有效。

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;       // 不能轉換成位移操作
    }
}

十、使用移位操作代替'a * b'


同上。
[i]但我個人認爲,除非是在一個非常大的循環內,性能非常重要,而且你很清楚你自己在做什麼,方可使用這種方法。否則提高性能所帶來的程序晚讀性的降低將是不合算的。

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;       // 不能轉換
    }
}

十一、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'   
    }
}

十二、不要在循環中調用synchronized(同步)方法


方法的同步需要消耗相當大的資料,在一個循環中調用它絕對不是一個好主意。

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:
不要在循環體中調用同步方法,如果必須同步的話,推薦以下方式:
import java.util.Vector;
public class SYN {
    public void method (Object o) {
    }
private void test () {
    synchronized{//在一個同步塊中執行非同步方法
            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                method (vector.elementAt(i));   
            }
        }
    }
    private Vector vector = new Vector (5, 5);
}

十三、將try/catch塊移出循環


把try/catch塊放入循環體內,會極大的影響性能,如果編譯JIT被關閉或者你所使用的是一個不帶JIT的JVM,性能會將下降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:         
將try/catch塊移出循環         
    void method (FileInputStream fis) {
        try {
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                _sum += fis.read();
            }
        } catch (Exception e) {}
    }
         
參考資料:
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.81 – 83

十四、對於boolean值,避免不必要的等式判斷


將一個boolean值與一個true比較是一個恆等操作(直接返回該boolean變量的值). 移走對於boolean的不必要操作至少會帶來2個好處:
1)代碼執行的更快 (生成的字節碼少了5個字節);
2)代碼也會更加乾淨 。

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、對於常量字符串,用'String' 代替 'StringBuffer'


常量字符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。

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


字符串的分析在很多應用中都是常見的。使用indexOf()和substring()來分析字符串容易導致StringIndexOutOfBoundsException。而使用StringTokenizer類來分析字符串則會容易一些,效率也會高一些。

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()));
        }
    }
}

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

十七、使用條件操作符替代"if (cond) return; else return;" 結構


條件操作符更加的簡捷
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、使用條件操作符代替"if (cond) a = b; else a = c;" 結構


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、不要在循環體中實例化變量


在循環體中實例化臨時變量將會增加內存消耗

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:         
在循環體外定義變量,並反覆使用         
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、確定 StringBuffer的容量


StringBuffer的構造器會創建一個默認大小(通常是16)的字符數組。 在使用中,如果超出這個大小,就會重新分配內存,創建一個更大的數組,並將原先的數組複製過來,再丟棄舊的數組。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。

例子:         
public class RSBC {
    void method () {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer(); // violation
        buffer.append ("hello");
    }
}
         
更正:         
爲StringBuffer提供寢大小。         
public class RSBC {
    void method () {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer(MAX);
        buffer.append ("hello");
    }
    private final int MAX = 100;
}
         
參考資料:
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、儘可能的使用棧變量


如果一個變量需要經常訪問,那麼你就需要考慮這個變量的作用域了。static? local?還是實例變量?訪問靜態變量和實例變量將會比訪問局部變量多耗費2-3個時鐘週期。
         
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,請使用局部變量作爲你經常訪問的變量。
你可以按下面的方法來修改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;
}
         
參考資料:         
Peter Haggar: "Practical Java - Programming Language Guide".
Addison Wesley, 2000, pp.122 – 125

二十二、不要總是使用取反操作符(!)


取反操作符(!)降低程序的可讀性,所以不要總是使用。

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、與一個接口 進行instanceof操作


基於接口的設計通常是件好事,因爲它允許有不同的實現,而又保持靈活。只要可能,對一個對象進行instanceof操作,以判斷它是否某一接口要比是否某一個類要快。

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

class ClassBase {}
interface InterfaceBase {}
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