Java程序性能優化—十年碼農總結的編程小技巧

程序的性能受代碼質量的直接影響。在本文中，主要介紹一些代碼編寫的小技巧和慣例，這些技巧有助於在代碼級別上提高系統性能。

一、慎用異常

在Java軟件開發中，常用 try-catch 進行錯誤捕獲，可是，try-catch 語句對系統性能而言是很是糟糕的。雖然在一次 try-catch中，沒法察覺到它對性能帶來的損失，可是，一旦try-catch被應用於循環之中，就會給系統性能帶來極大的傷害。

如下是一段將try-catch應用於for循環內的示例

 

這段代碼我運行時間是 27211 ms。若是將try-catch移到循環體外，那麼就能提高系統性能，以下代碼

 

運行耗時 15647 ms。可見tyr-catch對系統性能的影響。

二、使用局部環境

調用方法時傳遞的參數以及在調用中建立的臨時變量都保存在棧(Stack)中，速度較快。其餘變量，如靜態變量、實例變量等，都在堆(Heap)中建立，速度較慢。

下面是一段測試用例

// private static int a = 0;

public static void main(String[] args) { int a = 0; long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 1000000; i++) {

a = a + 1;

System.out.println(i);

}

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);

}

運行結果很明顯，使用靜態變量耗時15677ms，使用局部變量耗時13509ms。因而可知，局部變量的訪問速度高於類的成員變量。

三、位運算代替乘除法

在全部的運算中，位運算是最爲高效的。所以，能夠嘗試使用位運算代替部分算術運算，來提升系統的運行速度。

好比在HashMap的源碼中使用了位運算

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

對於整數的乘除運算優化

a*=2

a/=2

用位運算能夠寫爲

a<<=1a>>=1

四、替換switch

關鍵字 switch 語句用於多條件判斷， switch 語句的功能相似於 if-else 語句，二者性能也差很少。所以，不能說 switch 語句會下降系統的性能。可是，在絕大部分狀況下，switch 語句仍是有性能提高空間的。

來看下面的例子：

public static void main(String[] args) { long start = System.currentTimeMillis(); int re = 0; for (int i = 0;i<1000000;i++){

re = switchInt(i);

System.out.println(re);

}

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start+"毫秒");//17860

} public static int switchInt(int z){ int i = z%10+1; switch (i){ case 1:return 3; case 2:return 6; case 3:return 7; case 4:return 8; case 5:return 10; case 6:return 16; case 7:return 18; case 8:return 44; default:return -1;

}

}

就分支邏輯而言，這種 switch 模式的性能並不差。可是若是換一種新的思路替代switch，實現相同的程序功能，性能就能有很大的提高空間。

public static void main(String[] args) { long start = System.currentTimeMillis(); int re = 0; int[] sw = new int[]{0,3,6,7,8,10,16,18,44}; for (int i = 0;i<1000000;i++){

re = arrayInt(sw,i);

System.out.println(re);

}

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start+"毫秒");//12590

}

public static int arrayInt( int[] sw,int z){ int i = z%10+1; if (i>7 || i<1){ return -1;

}else { return sw[i];

}

}

以上代碼使用全新的思路，使用一個連續的數組代替了 switch 語句。由於對數據的隨機訪問是很是快的，至少好於 switch 的分支判斷。經過實驗，使用switch的語句耗時17860ms，使用數組的實現只耗時12590ms，提高了5s多。在軟件開發中，換一種思路可能會取得更好的效果，好比使用數組替代switch語句就是就是一個很好的例子。在此我向你們推薦一個架構學習交流裙。交流學習裙號：821169538，裏面會分享一些資深架構師錄製的視頻錄像

五、一維數組代替二維數組

因爲數組的隨機訪問的性能很是好，許多JDK類庫，如ArrayList、Vector等都是使用了數組做爲其數組實現。可是，做爲軟件開發人員也必須知道，一位數組和二維數組的訪問速度是不同的。一位數組的訪問速度要優於二維數組。所以，在性能敏感的系統中要使用二維數組的，能夠嘗試經過可靠地算法，將二維數組轉爲一維數組再進行處理，以提升系統的響應速度。

六、提取表達式

在軟件開發過程當中，程序員很容易有意無心讓代碼作一些「重複勞動」，在大部分狀況下，因爲計算機的告訴運行，這些「重複勞動」並不會對性能構成太大的威脅，但若將系統性能發揮到極致，提取這些「重複勞動」至關有意義。

來看下面的測試用例：

@Test public void test(){ long start = System.currentTimeMillis();

ArrayList list = new ArrayList(); for (int i = 0;i<100000;i++){

System.out.println(list.add(i));

} //以上是爲了作準備

for (int i = 0;i

System.out.println(list.get(i));

}

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);//5444

}

若是咱們把list.size()方法提取出來，優化後的代碼以下：

@Test public void test(){ long start = System.currentTimeMillis();

ArrayList list = new ArrayList(); for (int i = 0;i<100000;i++){

System.out.println(list.add(i));

} //以上是爲了作準備

int n = list.size(); for (int i = 0;i

System.out.println(list.get(i));

}

System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);//3514

}

在個人機器上，前者耗時5444ms，後者耗時3514ms，相差2s左右，可見，提取重複的操做是至關有意義的。

七、展開循環

與前面所介紹的優化技巧略有不一樣，筆者認爲展開循環是一種在極端狀況下使用的優化手段，由於展開循環極可能會影響代碼的可讀性和可維護性，而這二者對軟件系統來講也是極爲重要的。可是，當性能問題成爲系統主要矛盾時，展開循環絕對是一種值得嘗試的技術。

八、布爾運算代替位運算

雖然位運算的速度遠遠高於算術運算，可是在條件判斷時，使用位運算替代布爾運算倒是很是錯誤的選擇。

在條件判斷時，Java會對布爾運算作至關充分的優化。假設有表達式 a,b,c 進行布爾運算「a&&b&&c」 ，根據邏輯與的特色，只要在整個布爾表達式中有一項返回false，整個表達式就返回false，所以，當表達式a爲false時，該表達式將當即返回 false ，而不會再去計算表達式b 和c。同理，當計算表達式爲「a||b||c」時，也是同樣。

若使用位運算(按位與」&「、按位或」|「)代替邏輯與和邏輯或，雖然位運算自己沒有性能問題，可是位運算老是要將全部的子表達式所有計算完成後，再給出最終結果。所以，從這個角度來講，使用位運算替代布爾運算會使系統進行不少無效計算。

九、使用arrayCopy()

數組複製是一項使用頻率很高的功能，JDK中提供了一個高效的API來實現它：

若是在應用程序須要進行數組複製，應該使用這個函數，而不是本身實現。

方法代碼：

public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,

Object dest, int destPos, int length);

它的用法是將源數組 src 從索引 srcPos 處複製到目標數組 dest 的 索引destPos處，複製的長度爲 length。

System.arraycopy() 方法是 native 方法，一般 native 方法的性能要優於普通的方法。僅出於性能考慮，在軟件開發中，儘量調用 native 方法。

十、使用Buffer進行I/O流操做

除NIO外，使用 Java 進行 I/O操做有兩種基本方法：

使用基於InputStream 和 OutputStream 的方式;(字節流)

使用 Writer 和 Reader。(字符流)

不管使用哪一種方式進行文件 I/O，若是能合理地使用緩衝，就能有效的提升I/O的性能。

十一、使用clone()代替new

在Java中新建對象實例最經常使用的方法是使用 new 關鍵字。JDK對 new 的支持很是好，使用 new 關鍵字建立輕量級對象時，速度很是快。可是，對於重量級對象，因爲對象在構造函數中可能會進行一些複雜且耗時的操做，所以，構造函數的執行時間可能會比較長。致使系統短時間內沒法得到大量的實例。爲了解決這個問題，可使用Object.clone() 方法。

Object.clone() 方法能夠繞過構造函數，快速複製一個對象實例。可是，在默認狀況下，clone()方法生成的實例只是原對象的淺拷貝。

這裏不得不提Java只有值傳遞了，關於這點，個人理解是基本數據類型引用的是值，普通對象引用的也是值，不過這個普通對象引用的值實際上是一個對象的地址。代碼示例：在此我向你們推薦一個架構學習交流裙。交流學習裙號：821169538，裏面會分享一些資深架構師錄製的視頻錄像

int i = 0; int j = i; //i的值是0

User user1 = new User();

User user2 = user1; //user1值是new User()的內存地址

若是須要深拷貝，則須要從新實現 clone() 方法。下面看一下ArrayList實現的clone()方法：

public Object clone() { try {

ArrayListv = (ArrayList) super.clone();

v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);

v.modCount = 0; return v;

} catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable

throw new InternalError(e);

}

}

在ArrayList的clone()方法中，首先使用 super.clone() 方法生成一份淺拷貝對象。而後拷貝一份新的elementData數組讓新的ArrayList去引用。使克隆後的ArrayList對象與原對象持有不一樣的引用，實現了深拷貝。

十二、靜態方法替代實例方法

使用 static 關鍵字描述的方法爲靜態方法。在Java中，因爲實例方法須要維護一張相似虛函數表的結構，以實現對多態的支持。與靜態方法相比，實例方法的調用須要更多的資源。所以，對於一些經常使用的工具類方法，沒有對其進行重載的必要，那麼將它們聲明爲 static，即可以加速方法的調用。同時，調用 static 方法不須要生成類的實例。比調用實例方法更爲方便、易用。