如何優(yōu)化Java程序設(shè)計(jì)和編碼提高性能

這篇文章給大家介紹如何優(yōu)化Java程序設(shè)計(jì)和編碼提高性能，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

通過使用一些輔助性工具來找到程序中的瓶頸，然后就可以對瓶頸部分的代碼進(jìn)行優(yōu)化。一般有兩種方案：即優(yōu)化代碼或更改設(shè)計(jì)方法。我們一般會(huì)選擇后者，因?yàn)椴蝗フ{(diào)用以下代碼要比調(diào)用一些優(yōu)化的代碼更能提高程序的性能。而一個(gè)設(shè)計(jì)良好的程序能夠精簡代碼，從而提高性能。

下面將提供一些在JAVA程序的設(shè)計(jì)和編碼中，為了能夠提高JAVA程序的性能，而經(jīng)常采用的一些方法和技巧。

一、對象的生成和大小的調(diào)整。

JAVA程序設(shè)計(jì)中一個(gè)普遍的問題就是沒有好好的利用JAVA語言本身提供的函數(shù)，從而常常會(huì)生成大量的對象（或?qū)嵗Ｓ捎谙到y(tǒng)不僅要花時(shí)間生成對象，以后可能還需花時(shí)間對這些對象進(jìn)行垃圾回收和處理。因此，生成過多的對象將會(huì)給程序的性能帶來很大的影響。

例1：關(guān)于String ,StringBuffer，+和append

JAVA語言提供了對于String類型變量的操作。但如果使用不當(dāng)，會(huì)給程序的性能帶來影響。如下面的語句：

String name=new String("HuangWeiFeng");   System.out.println(name+"is my name");

看似已經(jīng)很精簡了，其實(shí)并非如此。為了生成二進(jìn)制的代碼，要進(jìn)行如下的步驟和操作：

(1) 生成新的字符串 new String（STR_1);

(2) 復(fù)制該字符串;

(3) 加載字符串常量"HuangWeiFeng"（STR_2);

(4) 調(diào)用字符串的構(gòu)架器（Constructor）;

(5) 保存該字符串到數(shù)組中（從位置0開始）;

(6) 從java.io.PrintStream類中得到靜態(tài)的out變量;

(7) 生成新的字符串緩沖變量new StringBuffer(STR_BUF_1);

(8) 復(fù)制該字符串緩沖變量;

(9) 調(diào)用字符串緩沖的構(gòu)架器（Constructor）;

(10) 保存該字符串緩沖到數(shù)組中（從位置1開始）;

(11) 以STR_1為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)類中的append方法;

(12) 加載字符串常量"is my name"(STR_3);

(13) 以STR_3為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)類中的append方法;

(14) 對于STR_BUF_1執(zhí)行toString命令;

(15) 調(diào)用out變量中的println方法，輸出結(jié)果。

由此可以看出，這兩行簡單的代碼，就生成了STR_1,STR_2,STR_3,STR_4和STR_BUF_1五個(gè)對象變量。這些生成的類的實(shí)例一般都存放在堆中。堆要對所有類的超類，類的實(shí)例進(jìn)行初始化，同時(shí)還要調(diào)用類極其每個(gè)超類的構(gòu)架器。而這些操作都是非常消耗系統(tǒng)資源的。因此，對對象的生成進(jìn)行限制，是完全有必要的。

經(jīng)修改，上面的代碼可以用如下的代碼來替換。

StringBuffer name=new StringBuffer("HuangWeiFeng");   System.out.println(name.append("is my name.").toString());

系統(tǒng)將進(jìn)行如下的操作：

(1) 生成新的字符串緩沖變量new StringBuffer(STR_BUF_1);

(2) 復(fù)制該字符串緩沖變量;

(3) 加載字符串常量"HuangWeiFeng"(STR_1);

(4) 調(diào)用字符串緩沖的構(gòu)架器（Constructor）;

(5) 保存該字符串緩沖到數(shù)組中（從位置1開始）;

(6) 從java.io.PrintStream類中得到靜態(tài)的out變量;

(7) 加載STR_BUF_1;

(8) 加載字符串常量"is my name"(STR_2);

(9) 以STR_2為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)實(shí)例中的append方法;

(10) 對于STR_BUF_1執(zhí)行toString命令(STR_3);

(11)調(diào)用out變量中的println方法，輸出結(jié)果。

由此可以看出，經(jīng)過改進(jìn)后的代碼只生成了四個(gè)對象變量：STR_1,STR_2,STR_3和STR_BUF_1.你可能覺得少生成一個(gè)對象不會(huì)對程序的性能有很大的提高。但下面的代碼段2的執(zhí)行速度將是代碼段1的2倍。因?yàn)榇a段1生成了八個(gè)對象，而代碼段2只生成了四個(gè)對象。

代碼段1：

String name= new StringBuffer("HuangWeiFeng");   name+="is my";   name+="name";

代碼段2：

StringBuffer name=new StringBuffer("HuangWeiFeng");   name.append("is my");   name.append("name.").toString();

因此，充分的利用JAVA提供的庫函數(shù)來優(yōu)化程序，對提高JAVA程序的性能時(shí)非常重要的.其注意點(diǎn)主要有如下幾方面：

(1) 盡可能的使用靜態(tài)變量（Static Class Variables）

如果類中的變量不會(huì)隨他的實(shí)例而變化，就可以定義為靜態(tài)變量，從而使他所有的實(shí)例都共享這個(gè)變量。

例：

public class foo   {   SomeObject so=new SomeObject();   }

就可以定義為：

public class foo   {   static SomeObject so=new SomeObject();   }

(2) 不要對已生成的對象作過多的改變。

對于一些類(如：String類)來講，寧愿在重新生成一個(gè)新的對象實(shí)例，而不應(yīng)該修改已經(jīng)生成的對象實(shí)例。

例：

String name="Huang";   name="Wei";   name="Feng";

上述代碼生成了三個(gè)String類型的對象實(shí)例。而前兩個(gè)馬上就需要系統(tǒng)進(jìn)行垃圾回收處理。如果要對字符串進(jìn)行連接的操作，性能將得更差，因?yàn)橄到y(tǒng)將不得為此生成更多得臨時(shí)變量，如上例1所示。

(3) 生成對象時(shí)，要分配給它合理的空間和大小JAVA中的很多類都有它的默認(rèn)的空間分配大小。對于StringBuffer類來講，默認(rèn)的分配空間大小是16個(gè)字符。如果在程序中使用StringBuffer的空間大小不是16個(gè)字符，那么就必須進(jìn)行正確的初始化。

(4) 避免生成不太使用或生命周期短的對象或變量。對于這種情況，因該定義一個(gè)對象緩沖池。以為管理一個(gè)對象緩沖池的開銷要比頻繁的生成和回收對象的開銷小的多。

(5) 只在對象作用范圍內(nèi)進(jìn)行初始化。JAVA允許在代碼的任何地方定義和初始化對象。這樣，就可以只在對象作用的范圍內(nèi)進(jìn)行初始化。從而節(jié)約系統(tǒng)的開銷。

例：

SomeObject so=new SomeObject();   If(x==1) then   {   Foo=so.getXX();   }

可以修改為：

if(x==1) then   {   SomeObject so=new SomeObject();   Foo=so.getXX();   }

二、異常(Exceptions)

JAVA語言中提供了try/catch來發(fā)方便用戶捕捉異常，進(jìn)行異常的處理。但是如果使用不當(dāng)，也會(huì)給JAVA程序的性能帶來影響。因此，要注意以下兩點(diǎn)：

(1) 避免對應(yīng)用程序的邏輯使用try/catch

如果可以用if,while等邏輯語句來處理，那么就盡可能的不用try/catch語句。

(2) 重用異常

在必須要進(jìn)行異常的處理時(shí)，要盡可能的重用已經(jīng)存在的異常對象。以為在異常的處理中，生成一個(gè)異常對象要消耗掉大部分的時(shí)間。

三、線程(Threading)

一個(gè)高性能的應(yīng)用程序中一般都會(huì)用到線程。因?yàn)榫€程能充分利用系統(tǒng)的資源。在其他線程因?yàn)榈却脖P或網(wǎng)絡(luò)讀寫而 時(shí)，程序能繼續(xù)處理和運(yùn)行。但是對線程運(yùn)用不當(dāng)，也會(huì)影響程序的性能。

例2：正確使用Vector類

Vector主要用來保存各種類型的對象（包括相同類型和不同類型的對象）。但是在一些情況下使用會(huì)給程序帶來性能上的影響。這主要是由Vector類的兩個(gè)特點(diǎn)所決定的。***，Vector提供了線程的安全保護(hù)功能。即使Vector類中的許多方法同步。但是如果你已經(jīng)確認(rèn)你的應(yīng)用程序是單線程，這些方法的同步就完全不必要了。第二，在Vector查找存儲(chǔ)的各種對象時(shí)，常常要花很多的時(shí)間進(jìn)行類型的匹配。而當(dāng)這些對象都是同一類型時(shí)，這些匹配就完全不必要了。因此，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)單線程的，保存特定類型對象的類或集合來替代Vector類.用來替換的程序如下

（StringVector.java）：

public class StringVector   {   private String [] data;   private int count;   public StringVector()   {   this(10); // default size is 10   }   public StringVector(int initialSize)   {   data = new String[initialSize];   }   public void add(String str)   {   // ignore null strings   if(str == null) { return; }   ensureCapacity(count + 1);   data[count++] = str;   }   private void ensureCapacity(int minCapacity)   {   int oldCapacity = data.length;   if (minCapacity > oldCapacity)   {   String oldData[] = data;   int newCapacity = oldCapacity * 2;   data = new String[newCapacity];   System.arraycopy(oldData, 0, data, 0, count);   }   }   public void remove(String str)   {   if(str == null) { return; // ignore null str }   for(int i = 0; i < count; i++)   {   // check for a match   if(data[i].equals(str))   {   System.arraycopy(data,i+1,data,i,count-1); // copy data   // allow previously valid array element be gc&prime;d   data[--count] = null;   return;   }   }   }   public final String getStringAt(int index)   {   if(index < 0) { return null; }   else if(index > count) { return null; // index is > # strings }   else { return data[index]; // index is good }   }   }

因此，代碼：

Vector Strings=new Vector();   Strings.add("One");   Strings.add("Two");   String Second=(String)Strings.elementAt(1);

可以用如下的代碼替換：

StringVector Strings=new StringVector();   Strings.add("One");   Strings.add("Two");   String Second=Strings.getStringAt(1);

這樣就可以通過優(yōu)化線程來提高JAVA程序的性能。用于測試的程序如下

（TestCollection.java）：

import java.util.Vector;   public class TestCollection   {   public static void main(String args [])   {   TestCollection collect = new TestCollection();   if(args.length == 0)   {   System.out.println("Usage: java TestCollection [ vector | stringvector ]");   System.exit(1);   }   if(args[0].equals("vector"))   {   Vector store = new Vector();   long start = System.currentTimeMillis();   for(int i = 0; i < 1000000; i++)   {   store.addElement("string");   }   long finish = System.currentTimeMillis();   System.out.println((finish-start));   start = System.currentTimeMillis();   for(int i = 0; i < 1000000; i++)   {   String result = (String)store.elementAt(i);   }   finish = System.currentTimeMillis();   System.out.println((finish-start));   }   else if(args[0].equals("stringvector"))   {   StringVector store = new StringVector();   long start = System.currentTimeMillis();   for(int i = 0; i < 1000000; i++) { store.add("string"); }   long finish = System.currentTimeMillis();   System.out.println((finish-start));   start = System.currentTimeMillis();   for(int i = 0; i < 1000000; i++) {   String result = store.getStringAt(i);   }   finish = System.currentTimeMillis();   System.out.println((finish-start));   }   }   }

關(guān)于線程的操作，要注意如下幾個(gè)方面：

(1) 防止過多的同步

如上所示，不必要的同步常常會(huì)造成程序性能的下降。因此，如果程序是單線程，則一定不要使用同步。

(2) 同步方法而不要同步整個(gè)代碼段

對某個(gè)方法或函數(shù)進(jìn)行同步比對整個(gè)代碼段進(jìn)行同步的性能要好。

(3) 對每個(gè)對象使用多”鎖”的機(jī)制來增大并發(fā)。

一般每個(gè)對象都只有一個(gè)”鎖”，這就表明如果兩個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)對象的兩個(gè)不同的同步方法時(shí)，會(huì)發(fā)生”死鎖”。即使這兩個(gè)方法并不共享任何資源。為了避免這個(gè)問題，可以對一個(gè)對象實(shí)行”多鎖”的機(jī)制。如下所示：

class foo   {   private static int var1;   private static Object lock1=new Object();   private static int var2;   private static Object lock2=new Object();   public static void increment1()   {   synchronized(lock1)   {   var1++;   }   }   public static void increment2()   {   synchronized(lock2)   {   var2++;   }   }   }

四、輸入和輸出(I/O)

輸入和輸出包括很多方面，但涉及最多的是對硬盤，網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)庫的讀寫操作。對于讀寫操作，又分為有緩存和沒有緩存的；對于數(shù)據(jù)庫的操作，又可以有多種類型的JDBC驅(qū)動(dòng)器可以選擇。但無論怎樣，都會(huì)給程序的性能帶來影響。因此，需要注意如下幾點(diǎn)：

(1) 使用輸入輸出緩沖

盡可能的多使用緩存。但如果要經(jīng)常對緩存進(jìn)行刷新（flush）,則建議不要使用緩存。

(2) 輸出流(Output Stream)和Unicode字符串

當(dāng)時(shí)用Output Stream和Unicode字符串時(shí)，Write類的開銷比較大。因?yàn)樗獙?shí)現(xiàn)Unicode到字節(jié)(byte)的轉(zhuǎn)換.因此，如果可能的話,在使用Write類之前就實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換或用OutputStream類代替Writer類來使用。

(3) 當(dāng)需序列化時(shí)使用transient

當(dāng)序列化一個(gè)類或?qū)ο髸r(shí)，對于那些原子類型（atomic）或可以重建的原素要表識(shí)為transient類型。這樣就不用每一次都進(jìn)行序列化。如果這些序列化的對象要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這一小小的改變對性能會(huì)有很大的提高。

(4) 使用高速緩存（Cache）

對于那些經(jīng)常要使用而又不大變化的對象或數(shù)據(jù)，可以把它存儲(chǔ)在高速緩存中。這樣就可以提高訪問的速度。這一點(diǎn)對于從數(shù)據(jù)庫中返回的結(jié)果集尤其重要。

(5) 使用速度快的JDBC驅(qū)動(dòng)器（Driver）

JAVA對訪問數(shù)據(jù)庫提供了四種方法。這其中有兩種是JDBC驅(qū)動(dòng)器。一種是用JAVA外包的本地驅(qū)動(dòng)器；另一種是完全的JAVA驅(qū)動(dòng)器。具體要使用哪一種得根據(jù)JAVA布署的環(huán)境和應(yīng)用程序本身來定。

五、一些其他的經(jīng)驗(yàn)和技巧

(1) 使用局部變量。

(2) 避免在同一個(gè)類中動(dòng)過調(diào)用函數(shù)或方法(get或set)來設(shè)置或調(diào)用變量。

(3) 避免在循環(huán)中生成同一個(gè)變量或調(diào)用同一個(gè)函數(shù)（參數(shù)變量也一樣）。

(4) 盡可能的使用static,final,private等關(guān)鍵字。

(5) 當(dāng)復(fù)制大量數(shù)據(jù)時(shí)，使用System.arraycopy()命令。

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