Java性能調優的11個技巧

大多數開發人員認爲性能優化是個比較複雜的問題，需要大量的經驗和知識。是的，這並不沒有錯。誠然，優化應用程序以獲得最好的性能並不是一件容易的事情，但這並不意味着你在沒有獲得這些經驗和知識之前就不能做任何事。下面有幾個很容易遵循的建議和最佳實踐能夠幫你創建一個性能良好的應用程序。

這些建議中的大多數都是基於Java的，但是也不一定，也有一些是可以應用於所有的應用程序和編程語言的。在我們分享基於Java的性能調優技巧之前，讓我們先討論一下這些通用的性能調優技巧。

1.在必要之前，先不要優化

這可能是最最重要的性能調優技巧之一。你應該遵循常見的最佳實踐，並嘗試有效地實現你的用例。但這並不意味着在證明它是必要之前，替換任何標準庫或構建複雜的優化。

在大多數情況下，過早的優化佔用了大量的時間，使得代碼難以讀取和維護。更糟糕的是，這些優化通常不會帶來任何好處，因爲你花費了大量時間來優化應用程序的非關鍵部分。

那麼，你如何證明你需要優化某些東西呢?

首先，你需要確定應用程序代碼的速度，例如，爲所有API調用指定一個最大響應時間，或者指定在特定時間範圍內導入的記錄數量。完成之後，你可以度量應用程序的哪些部分太慢而需要改進。當這樣做之後，那麼請繼續看第二個調優技巧。

2.使用分析器來找到真正的瓶頸

在你遵循第一條建議，並確定你的應用程序的某些部分的確需要改進之後，問自己從哪裏開始?

你可以用兩種方法來解決這個問題:

• 你可以看一下你的代碼，從看起來可疑或者你覺得它可能會產生問題的部分開始。
• 或者使用分析器，獲取代碼中每個部分的行爲和性能的詳細信息。

至於爲什麼應該總是遵循第二種方法。

答案應該很明顯，基於分析器的方法能讓你更好地理解代碼的性能含義，並允許你關注最關鍵的部分。如果你曾經使用過分析器，你將會驚訝於代碼的哪些部分造成了性能問題。然而，很多時候，你的第一次猜想會把你引向錯誤的方向。

3 .爲整個應用程序創建性能測試套件

這是另一個幫助你避免許多意想不到問題的一般技巧，這些問題通常發生在性能改進部署到生產環境之後。你應該經常定義測試整個應用程序的性能測試套件，並在你完成性能改進之前和之後運行它。

這些額外的測試運行將幫助你識別更改的功能和性能方面的影響，並確保你不會發佈一個弊大於利的更新。如果你的任務運行於應用程序的多個不同部分比如數據庫或緩存，這一點尤其重要。

4.首先解決最大的瓶頸問題

在創建了測試套件並使用分析器對應用程序進行分析之後，你就有了一個需要提高性能的問題列表，這很好，但它仍然不能回答你應該從哪裏開始的問題。你可以從那些可以快速搞定的開始，亦或者從最重要的問題開始。

當然前者很誘人，因爲這很快就能出結果。有時，可能需要說服其他團隊成員或你的管理層，性能分析是值得的。

但總的來說，我建議首先着手處理最重要的性能問題。這將爲你提供最大的性能改進，而且你可能只需要修復這些問題中的幾個就可以解決你的性能需求。

在瞭解通用性能調優技巧之後，讓我們再來仔細看看一些特定於Java的調優技巧。

5.使用StringBuilder以編程方式連接字符串

在Java中有許多不同的連接字符串的選項。例如，可以使用一個簡單的+或+ =、老的StringBuffer或StringBuilder。

那麼，你應該選擇哪種方法呢?

答案取決於連接字符串的代碼。如果你以編程方式向字符串中添加新內容，例如，在for循環中，你應該使用StringBuilder。它比StringBuffer更容易使用和提供更好的性能。但是請記住，StringBuilder與StringBuffer不同，它不是線程安全的，而且可能不適合所有用例。

你只需要實例化一個新的StringBuilder，並調用append方法在字符串中添加一個新的部分。當你添加了所有的部分後，可以調用toString()方法來檢索連接字符串。

下面的代碼片段展示了一個簡單的示例。在每次迭代過程中，這個循環將i轉換成一個字符串，並將其添加到StringBuilder sb的空間中，因此到最後，這段代碼寫入“this is test0123456789”到日誌文件。

StringBuilder sb = new StringBuilder(“This is a test”);
for (int i=0; i<10; i++) {
    sb.append(i);
    sb.append(” “);
}
log.info(sb.toString());

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正如在代碼片段中看到的，你可以爲構造函數方法提供字符串的第一個元素。這將創建一個新的StringBuilder，其中包含提供的字符串和16個額外字符的容量。當你向StringBuilder中添加更多字符時，JVM將動態地改變StringBuilder的大小。

如果你已經知道自己的字符串包含多少字符，那麼你可以向不同的構造函數方法提供這個數字，以實例化一個具有被定義容量的StringBuilder。這進一步提高了它的效率，因爲它不需要動態擴展它的容量。

6.在聲明中使用+連接字符串

當你在Java中實現第一個應用程序時，可能有人告訴你不應該用＋來連接字符串。如果在應用程序邏輯中連接字符串這是正確的。字符串是不可變的，每個字符串連接的結果存儲在一個新的字符串對象中。這需要額外的內存，並降低應用程序的速度，特別是在循環中連接多個字符串時。

在這些情況下，你應該遵循tip 5並使用StringBuilder。

但如果你只是將一個字符串分解成多行來提高代碼的可讀性，那就不是這樣了。

Query q = em.createQuery(“SELECT a.id, a.firstName, a.lastName ”
+ “FROM Author a ”
+ “WHERE a.id = :id”);

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在這些情況下，你應該用一個簡單的+來連接你的字符串。Java編譯器將優化它並在編譯時執行連接。因此，在運行時，代碼只使用1個字符，不需要連接。

7.儘可能使用基本數據類型

另一種避免開銷，提高應用程序性能的快速方法就是使用原始數據類型而不是它們的包裝類。因此，最好是使用int而不是Integer，或者是double而不是Double。這將讓JVM將值存儲在堆棧中，以減少內存消耗，並更有效地處理它。

8.儘量避免BigInteger和BigDecimal

由於我們已經討論了數據類型，我們再來看下BigInteger和BigDecimal。尤其是後者，由於其精度高而受歡迎。但這是有代價的。 
BigInteger和BigDecimal比簡單的long或double需要更多的內存，並且大大降低所有的計算速度。因此，如果你需要額外的精度，或者你的數字超過了一個long範圍，最好三思而後行。這可能是你在提升性能問題中唯一需要更改的地方，特別是當你正在實現一個數學算法。

9.首先檢查當前日誌級別

這個建議是顯而易見的，但不幸的是，你會發現許多代碼忽略它。在創建調試消息之前，應該先檢查當前日誌級別。

這裏有兩個例子來說明你不應該這樣做。

// don’t do this
log.debug(“User [” + userName + “] called method X with [” + i + “]”);
// or this
log.debug(String.format(“User [%s] called method X with [%d]”, userName, i));

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在這兩種情況下，你將執行所有需要的步驟來創建日誌消息，而不知道日誌框架是否使用日誌消息。在創建調試消息之前，最好先檢查當前日誌級別。

// do this
if (log.isDebugEnabled()) {
    log.debug(“User [” + userName + “] called method X with [” + i + “]”);
}

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10.使用Apache Commons StringUtils.Replace 代替String.replace

一般來說,String.replace 方法工作得很好，而且非常高效，特別是如果你使用的是Java 9。但是，如果應用程序需要大量的替換操作，並且你還沒有更新到最新的Java版本，那麼檢查更快和更有效的替代方案仍然是有意義的。

一個候選就是 Apache Commons Lang’s StringUtils.replace 方法。正如Lukas Eder在他最近的一篇博客文章中所描述的那樣，它大大超過了Java 8的String.replace 方法。

它只需要很小的改變。你只需要爲Apache’s Commons Lang 項目增加一個Maven依賴項到你的應用pom.xml，並用StringUtils.replace方法替換所有String.replace方法的調用。

// replace this
test.replace(“test”, “simple test”);
// with this
StringUtils.replace(test, “test”, “simple test”);

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11.緩存昂貴的資源，比如數據庫連接

緩存是一種流行的解決方案來避免重複執行昂貴或頻繁使用的代碼片段。一般的想法很簡單:重複使用這些資源比一次又一次地創建一個新的資源要便宜得多。

一個典型的例子就是在池中緩存數據庫連接。創建新連接需要時間，如果重用現有連接，則可以避免。

還可以在Java語言本身中找到其他示例。例如，Integer類的valueOf方法緩存了- 128和127之間的值。你可能會說，創建一個新整數並不太貴，但它經常使用，緩存最常用的值提供了性能方面的好處。

但當你考慮緩存時，請記住，緩存實現也會產生開銷。你需要花費額外的內存來存儲可重用資源，因此可能需要管理你的緩存，以使資源能夠訪問或刪除過時的資源。

因此，在你開始緩存任何資源之前，請確保是經常使用。

總結

正如你所看到的，提高應用程序的性能有時不需要做大量的工作。這篇文章中的大多數建議，其實只需要稍微的努力就可以將它們應用到代碼中。

但通常最重要的建議是很編程語言無關的:

• 在你知道有必要之前，不要優化
• 使用分析器來找到真正的瓶頸
• 首先解決最大的瓶頸問題