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 ?C 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 ?C 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 ?C 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 ?C 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 ?C 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 {}