性能調優 -- Java編程中的性能優化

　　String做爲咱們使用最頻繁的一種對象類型，其性能問題是最容易被忽略的。做爲Java中重要的數據類型，是內存中佔據空間比較大的一個對象。如何高效地使用字符串，能夠幫助咱們提高系統的總體性能。

　　如今，咱們就從String對象的實現、特性以及實際使用中的優化這幾方面來入手，深刻理解如下String的性能優化。

　　在這以前，首先看一個問題。經過三種方式建立三個對象，而後依次兩兩匹配，得出的結果是什麼？答案留到最後揭曉。

1 String str1 = "abc";
2 String str2 = new String("abc");
3 String str3 = str2.intern();
4 System.out.println(str1 == str2);
5 System.out.println(str2 == str3);
6 System.out.println(str1 == str3);

　　

　　String對象是如何實現的？

　　Java中對String對象作了大量的優化，以此來節約內存空間，提高String對象的性能。下圖是Java6 -> Java9 String對象屬性的變化：

　　

　　能夠看到，String的屬性有了如下的變化：

• 在Java6及之前的版本中，String對象是對char數組進行了封裝實現的對象，主要有：char數組、偏移量offset、字符數量count、哈希值hash。String對象經過offset和count屬性來定位char數組，獲取字符串。這樣作能夠高效快速地共享數組對象，能節省內存空間，但容易出現內存泄漏。
• 從Java7到Java8版本，Java對String作了一些改變。String類中再也不有offset和count兩個屬性了。這樣作可使String對象佔用的內存減小，而且String.substring方法也再也不共享char[]，解決了可能出現的內存泄漏的問題。
• 從Java9版本開始，將char[]改爲了byte[]，並增長了新屬性coder，coder是一個編碼格式的標識。

 

　　爲何要這麼改呢？

　　咱們知道，一個char字符佔16位，2個字節。這種狀況下存儲單字節的字符就很容易浪費了。JDK1.9的String類爲了節省內存空間，就使用了佔8位，1個字節的byte數組來存儲字符串。

　　coder屬性的做用是：在計算字符串長度或者使用indexOf()時，須要根據這個字段，判斷如何計算字符串的長度。coder屬性值默認有0和1兩個值，0表明Latin-1(單字節編碼)，1表明UTF-16。若是String判斷字符串只包含Latin-1，則coder值取0，反之爲1。

 

　　String對象的不可變性

　　若是看過String的源碼，就會發現，String類是被final關鍵字修飾的，且變量char數組也被final修飾。

　　一個類被final修飾表明着該類不可繼承，char[]被private和final修飾着，表明String對象不可被更改。這就叫作String對象的不可變性。即若是String對象一旦建立成功了，就不能再對它進行改變。

 

　　這樣作的好處在哪裏？　　

　　第1、保證了String對象的安全性。假設String對象是可變的，那麼String對象就會被惡意修改。

　　第二.、保證hash屬性值不會頻繁變動，確保了惟一性。使得相似HashMap容器才能實現相應的key-value緩存功能。

　　第3、能夠實現字符串常量池。Java中，一般有2種建立字符串對象的方式，一種是經過字符串常量的方式建立，如String str = "abc"；另外一種是字符串常量經過new形式的建立，如String str = new String("abc")。

　　當代碼中使用第一種方式建立字符串對象時，JVM首先檢查該對象是否在字符串常量池中，若是在就返回該對象的引用，不然新的字符串將在常量池中建立。這種方式能夠減小同一個值的字符串對象的重複建立，節約內存。

　　第二種方式，首先在編譯類文件時，"abc"常量字符串將會放入到常量結構中，在類加載時，"abc"會在常量池中建立；而後調用new時，JVM命令將會調用String的構造函數，同時引用常量池的"abc"字符串，在堆內存中建立一個String對象，最後str引用String對象。

　　

　　String對象的優化

　　1.如何構建超大字符串

　　編程過程當中字符串的拼接很常見。若是使用String對象相加，拼接咱們想要的字符串，會不會產生多個對象呢？好比說如下代碼：

String str = "ab" + "cd" + "ef";

　　分析代碼可知：首先會生成ab對象，再生成abcd對象，最後生成abcdef對象。理論上說，代碼很低效。

　　但實際上，會發現只有一個對象生成，這是爲何呢？編譯時編譯器會自動幫咱們優化代碼，使得最後只得出一個對象「abcdef」。

　　再來看看，若是進行字符串常量的累計，又會出現什麼結果？

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
     str = str + i;
 }

　　上面的代碼編譯後，編譯器一樣對代碼進行了優化，在進行字符串拼接時，偏向使用StringBuilder，這樣能夠提高效率。上面的代碼變成了下面這樣：

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    str = (new StringBuilder(String.valueOf(str))).append(i).toString();
}

　　總結：即便使用+號做爲字符串的拼接，同樣能夠被編譯器優化成StringBuilder的方式。但若是每次循環都生成一個新的StringBuilder實例，一樣會下降系統的性能。因此平時作字符串拼接的時候，建議仍是顯示使用StringBuilder來提高性能。在多線程編程時，String對象的拼接涉及到了線程安全，可使用StringBuffer。但因爲StringBuffer是線程安全的，涉及到鎖競爭，因此就性能上來講會比StringBuilder差些。

　　2.如何使用String.intern節省內存？

　　對於一些數據，數據量很是大，但同時又有大部分重合的，該如何處理呢？

　　具體作法是，每次賦值的時候使用String的intern方法，若是常量池中有相同值，就會重複使用該對象，返回對象的引用，這樣一開始的對象就能夠被回收掉了，這樣的話數據量就會大幅度下降了。

　　咱們再來看一個例子：

String a = new String("abc").intern();
String b = new String("abc").intern(); 
if (a == b) {
     System.out.println("a == b");
}

　　輸出結果是： a == b

　　在字符串常量池中，默認會將對象放入常量池；在字符串變量中，對象老是建立在堆內存的，同時也會在常量池中建立一個字符串對象，複製到堆內存對象中，並返回堆內存對象引用。

　　若是調用intern方法，會去查看字符串常量池中是否有等於該對象的字符串，若是沒有，就會在常量池中新增該對象，並返回該對象引用；若是有則返回常量池中的字符串引用。堆內存中原有的對象因爲沒有引用指向它，將會經過垃圾回收器回收。

　　3.如何使用字符串的分割方法？

　　spilt()方法使用了正則表達式實現了強大的分割功能，而正則表達式的性能是很是不穩定的，使用不當會引發回溯問題，極可能致使CPU居高不下。

　　因此要慎重使用spilt方法，咱們能夠用String.indexOf()方法代替spilt()方法完成字符串的分割，若是實在沒法知足需求，就在使用spilt方法時，對回溯問題加以重視就能夠了。

 

　　總結

　　經過上面的敘述，咱們認識到了作好String字符串性能的優化，能夠提高整個系統的性能。在這個理論基礎上，Java版本在迭代中不斷更改爲員變量，節約內存空間，對String性能進行了優化。

　　咱們還提到了String對象的不可變性，正是這個特性實現了字符串常量池，經過減小同一個值的字符串對象的重複建立，進一步節約內存。也是由於這個特性，咱們在作長字符串的拼接時，須要顯示使用StringBuilder，以提高字符串的拼接性能。最後在優化方面，咱們還可使用intern方法，讓變量字符串對象重複使用常量池中相同值的對象，進而節約內存。

　　最後，公佈上面那道題的結果：

　　false、false、true。

　　其中， String str1 = 「abc」；經過字面量的方式建立，abc存儲於字符串常量池中；

　　String str2 = new String("abc")；經過new對象的方式建立字符串對象，引用地址存放在堆內存中，abc則存放在字符串常量池中，因此爲false；

　　String str3 = str2.intern()；因爲調用了intern()方法，會返回常量池中的數據，str3此時就指向常量池中的abc，和str1的方式同樣，因此爲true；