Javaコードのパフォーマンスの最適化

コードの最適化は非常に重要なトピックです。それは役に立たないと考える人もいるかもしれません。変更できる小さな点は何ですか? 変更することによってコードの実行効率にどのような影響があるでしょうか?私はこの質問について、海の中のクジラと同じように、小さなエビを食べるのは役に立つのでしょうか？ダメでしたが、さらにエビを食べたらクジラはお腹いっぱいになりました。

同じことがコードの最適化にも当てはまります。プロジェクトができるだけ早くバグなしでオンラインになることを目指している場合は、現時点では大きなことに集中して小さなことを手放すことができ、コードの詳細を考慮する必要はありません。ただし、コードの開発と保守に十分な時間があれば、この時点で検討する必要があります。最適化できるあらゆる詳細と、小さな最適化ポイントを 1 つずつ積み重ねることで、コードの実行効率は確実に向上します。

コード最適化の目標は、

• コードのサイズを削減することです

• コード実行の効率を向上させることです

コード最適化の詳細

• 1 クラスの最終修飾子を指定してみてください。およびメソッド

final 修飾子を持つクラスは派生されません。 Java コア API には、java.lang.String など、クラス全体が最終的なアプリケーションの例が多数あります。クラスの最終修飾子を指定すると、クラスは継承されなくなり、メソッドの最終修飾子を指定すると、メソッドがオーバーライドされなくなります。クラスが Final として指定されている場合、そのクラスのすべてのメソッドが Final になります。 Java コンパイラは、すべての最終メソッドをインライン化する機会を探します。インライン化は、Java の実行効率を向上させる上で重要な役割を果たします。詳細については、「Java ランタイムの最適化」を参照してください。これにより、パフォーマンスが平均 50% 向上します。

2. オブジェクトをできるだけ再利用するようにしてください

特に String オブジェクトを使用する場合、文字列接続が発生する場合は、代わりに StringBuilder/StringBuffer を使用する必要があります。 Java 仮想マシンはオブジェクトの生成に時間を費やすだけでなく、将来的にはこれらのオブジェクトのガベージ コレクションと処理にも時間を費やす必要があるため、オブジェクトの生成が多すぎるとプログラムのパフォーマンスに大きな影響を与えます。

3. 可能な限りローカル変数を使用します

メソッドの呼び出し時に渡されるパラメーターと呼び出し中に作成される一時変数は、高速化のためにスタックに保存されます。 、インスタンス変数などはすべてヒープ内に作成されるため、処理が遅くなります。さらに、スタック上に作成された変数の内容はメソッドが終了すると消えるため、追加のガベージ コレクションは必要ありません。

4. 適切なタイミングでストリームを閉じる

Java プログラミング中、データベース接続と I/O ストリーム操作を実行するときは、リソースを解放するために適切なタイミングでストリームを閉じてください。これらの大きなオブジェクトを操作するとシステムに多大なオーバーヘッドが発生するため、少し不注意をすると重大な結果につながります。

5. 変数の繰り返し計算を最小限に抑える

メソッド内にステートメントが 1 つしかない場合でも、メソッドの呼び出しにはコストがかかります (呼び出し時のスタック フレームの作成やシーンの保護など)。メソッドの呼び出しが完了したときにシーンを復元するなど。したがって、例えば、次の操作:

for (int i = 0; i < list.size(); i++)
{...}

は、次のように置き換えることをお勧めします:

for (int i = 0, int length = list.size(); i < length; i++)
{...}

このように、list.size() が大きい場合、多くの消費が削減されます

6. 採用してみてください。遅延読み込み戦略、つまり、必要な場合にのみ

を作成します。 例:

String str = "aaa";if (i == 1)
{
list.add(str);
}

次のように置き換えることをお勧めします。 7. 例外は注意して使用してください

例外はパフォーマンスに悪影響を及ぼします。例外をスローするには、まず新しいオブジェクトを作成する必要があります。Throwable インターフェイスのコンストラクターは、fillInStackTrace() という名前のローカル同期メソッドを呼び出し、スタックをチェックして呼び出し追跡情報を収集します。処理中に新しいオブジェクトが作成されるため、例外がスローされるたびに、Java 仮想マシンはコール スタックを調整する必要があります。例外はエラー処理のみに使用する必要があり、プログラム フローの制御には使用しないでください。

8. 絶対に必要な場合を除き、try...catch... を最外層に配置する必要があります。理由もなくこれを書いたら、リーダーがより上級で強迫性障害を持っている限り、おそらくそのようなゴミコードを書いたと叱られるでしょう。

9. 追加するコンテンツの長さを見積もることができる場合は、配列で実装された基礎となるコレクションとツール クラスの初期長を指定します

たとえば、ArrayList、LinkedLlist、StringBuilder、StringBuffer、HashMap、HashSet、など、例として StringBuilder を使用します:

if (i == 1)
{
String str = "aaa";
list.add(str);
}

クラス (ここでは上記の StringBuilder だけを指すものではありません) を通じてその初期化容量を設定でき、パフォーマンスを大幅に向上させることができます。たとえば、StringBuilder の場合、length は現在の StringBuilder が保持できる文字数を表します。 StringBuilder が最大容量に達すると、その容量が現在の容量の 2 倍に 2 を加えた値に増加するため、StringBuilder は最大容量に達するたびに、新しい文字配列を作成し、古い文字をその配列で置き換える必要があります。配列は新しい文字配列にコピーされます。これは非常にパフォーマンスを重視する操作です。想像してみてください。長さを指定せずに文字配列に約 5000 文字が格納されると推定でき、5000 の 2 の最も近いべき乗は 4096 で、展開ごとに 2 が加算され、次のようになります。

（1）在4096 的基础上，再申请8194个大小的字符数组，加起来相当于一次申请了12290个大小的字符数组，如果一开始能指定5000个大小的字符数组，就节省了一倍以上的空间；

（2）把原来的4096个字符拷贝到新的的字符数组中去。

这样，既浪费内存空间又降低代码运行效率。所以，给底层以数组实现的集合、工具类设置一个合理的初始化容量是错不了的，这会带来立竿见影的效果。但是，注意，像HashMap这种是以数组+链表实现的集合，别把初始大小和你估计的大小设置得一样，因为一个table上只连接一个对象的可能性几乎为0。初始大小建议设置为2的N次幂，如果能估计到有2000个元素，设置成new HashMap(128)、new HashMap(256)都可以。

10、当复制大量数据时，使用System.arraycopy()命令

11、乘法和除法使用移位操作

例如：

for (val = 0; val < 100000; val += 5)
{
a = val * 8;
b = val / 2;
}

用移位操作可以极大地提高性能，因为在计算机底层，对位的操作是最方便、最快的，因此建议修改为：

for (val = 0; val < 100000; val += 5)
{
a = val << 3;
b = val >> 1;
}

移位操作虽然快，但是可能会使代码不太好理解，因此最好加上相应的注释。

12、循环内不要不断创建对象引用

例如：

for (int i = 1; i <= count; i++)
{Object obj = new Object();
}

这种做法会导致内存中有count份Object对象引用存在，count很大的话，就耗费内存了，建议为改为：

Object obj = null;for (int i = 0; i <= count; i++) { obj = new Object(); }

这样的话，内存中只有一份Object对象引用，每次new Object()的时候，Object对象引用指向不同的Object罢了，但是内存中只有一份，这样就大大节省了内存空间了。

13、基于效率和类型检查的考虑，应该尽可能使用array，无法确定数组大小时才使用ArrayList

14、尽量使用HashMap、ArrayList、StringBuilder，除非线程安全需要，否则不推荐使用Hashtable、Vector、StringBuffer，后三者由于使用同步机制而导致了性能开销

15、不要将数组声明为public static final

因为这毫无意义，这样只是定义了引用为static final，数组的内容还是可以随意改变的，将数组声明为public更是一个安全漏洞，这意味着这个数组可以被外部类所改变。

16、尽量在合适的场合使用单例

使用单例可以减轻加载的负担、缩短加载的时间、提高加载的效率，但并不是所有地方都适用于单例，简单来说，单例主要适用于以下三个方面：

（1）控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问

（2）控制实例的产生，以达到节约资源的目的

（3）控制数据的共享，在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的进程或线程之间实现通信

17、尽量避免随意使用静态变量

要知道，当某个对象被定义为static的变量所引用，那么gc通常是不会回收这个对象所占有的堆内存的，如：

public class A
{ 
private static B b = new B();
}

此时静态变量b的生命周期与A类相同，如果A类不被卸载，那么引用B指向的B对象会常驻内存，直到程序终止

18、及时清除不再需要的会话

为了清除不再活动的会话，许多应用服务器都有默认的会话超时时间，一般为30分钟。当应用服务器需要保存更多的会话时，如果内存不足，那么操作系统会把部分数据转移到磁盘，应用服务器也可能根据MRU（最近最频繁使用）算法把部分不活跃的会话转储到磁盘，甚至可能抛出内存不足的异常。如果会话要被转储到磁盘，那么必须要先被序列化，在大规模集群中，对对象进行序列化的代价是很昂贵的。因此，当会话不再需要时，应当及时调用HttpSession的invalidate()方法清除会话。

19、实现RandomAccess接口的集合比如ArrayList，应当使用最普通的for循环而不是foreach循环来遍历

这是JDK推荐给用户的。JDK API对于RandomAccess接口的解释是：实现RandomAccess接口用来表明其支持快速随机访问，此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。实际经验表明，实现RandomAccess接口的类实例，假如是随机访问的，使用普通for循环效率将高于使用foreach循环；反过来，如果是顺序访问的，则使用Iterator会效率更高。可以使用类似如下的代码作判断：

if (list instanceof RandomAccess)
{ for (int i = 0; i < list.size(); i++){}
}else{
Iterator<?> iterator = list.iterable(); while (iterator.hasNext()){iterator.next()}
}

foreach循环的底层实现原理就是迭代器Iterator，参见Java语法糖1：可变长度参数以及foreach循环原理。所以后半句”反过来，如果是顺序访问的，则使用Iterator会效率更高”的意思就是顺序访问的那些类实例，使用foreach循环去遍历。

20、使用同步代码块替代同步方法

这点在多线程模块中的synchronized锁方法块一文中已经讲得很清楚了，除非能确定一整个方法都是需要进行同步的，否则尽量使用同步代码块，避免对那些不需要进行同步的代码也进行了同步，影响了代码执行效率。

21、将常量声明为static final，并以大写命名

这样在编译期间就可以把这些内容放入常量池中，避免运行期间计算生成常量的值。另外，将常量的名字以大写命名也可以方便区分出常量与变量

22、不要创建一些不使用的对象，不要导入一些不使用的类

这毫无意义，如果代码中出现”The value of the local variable i is not used”、”The import java.util is never used”，那么请删除这些无用的内容

23、程序运行过程中避免使用反射

关于，请参见反射。反射是Java提供给用户一个很强大的功能，功能强大往往意味着效率不高。不建议在程序运行过程中使用尤其是频繁使用反射机制，特别是Method的invoke方法，如果确实有必要，一种建议性的做法是将那些需要通过反射加载的类在项目启动的时候通过反射实例化出一个对象并放入内存—-用户只关心和对端交互的时候获取最快的响应速度，并不关心对端的项目启动花多久时间。

24、使用数据库连接池和线程池

这两个池都是用于重用对象的，前者可以避免频繁地打开和关闭连接，后者可以避免频繁地创建和销毁线程

25、使用带缓冲的输入输出流进行IO操作

带缓冲的输入输出流，即BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream，这可以极大地提升IO效率

26、顺序插入和随机访问比较多的场景使用ArrayList，元素删除和中间插入比较多的场景使用LinkedList

这个，理解ArrayList和LinkedList的原理就知道了

27、不要让public方法中有太多的形参

public方法即对外提供的方法，如果给这些方法太多形参的话主要有两点坏处：

1、违反了面向对象的编程思想，Java讲求一切都是对象，太多的形参，和面向对象的编程思想并不契合

2、参数太多势必导致方法调用的出错概率增加

至于这个”太多”指的是多少个，3、4个吧。比如我们用JDBC写一个insertStudentInfo方法，有10个学生信息字段要插如Student表中，可以把这10个参数封装在一个实体类中，作为insert方法的形参。

28、字符串变量和字符串常量equals的时候将字符串常量写在前面

这是一个比较常见的小技巧了，如果有以下代码：

String str = "123";
if (str.equals("123")) {...}

建议修改为：

String str = "123";
if ("123".equals(str))
{
...
}

这么做主要是可以避免空指针异常

29、请知道，在java中if (i == 1)和if (1 == i)是没有区别的，但从阅读习惯上讲，建议使用前者

平时有人问，”if (i == 1)”和”if (1== i)”有没有区别，这就要从C/C++讲起。

在C/C++中，”if (i == 1)”判断条件成立，是以0与非0为基准的，0表示false，非0表示true，如果有这么一段代码：

int i = 2;
if (i == 1)

{
...
}else{
...
}

C/C++判断”i==1″不成立，所以以0表示，即false。但是如果：

int i = 2;if (i = 1) { ... }else{ ... }

万一程序员一个不小心，把”if (i == 1)”写成”if (i = 1)”，这样就有问题了。在if之内将i赋值为1，if判断里面的内容非0，返回的就是true了，但是明明i为2，比较的值是1，应该返回的false。这种情况在C/C++的开发中是很可能发生的并且会导致一些难以理解的错误产生，所以，为了避免开发者在if语句中不正确的赋值操作，建议将if语句写为：

int i = 2;if (1 == i) { ... }else{ ... }

这样，即使开发者不小心写成了”1 = i”，C/C++编译器也可以第一时间检查出来，因为我们可以对一个变量赋值i为1，但是不能对一个常量赋值1为i。

但是，在Java中，C/C++这种”if (i = 1)”的语法是不可能出现的，因为一旦写了这种语法，Java就会编译报错”Type mismatch: cannot convert from int to boolean”。但是，尽管Java的”if (i == 1)”和”if (1 == i)”在语义上没有任何区别，但是从阅读习惯上讲，建议使用前者会更好些。

30、不要对数组使用toString()方法

看一下对数组使用toString()打印出来的是什么：

public static void main(String[] args)
{ int[] is = new int[]{1, 2, 3};
System.out.println(is.toString());
}

结果是：

[I@18a992f

本意是想打印出数组内容，却有可能因为数组引用is为空而导致空指针异常。不过虽然对数组toString()没有意义，但是对集合toString()是可以打印出集合里面的内容的，因为集合的父类AbstractCollections重写了Object的toString()方法。

31、不要对超出范围的基本数据类型做向下强制转型

这绝不会得到想要的结果：

public static void main(String[] args)
{ 
long l = 12345678901234L;int i = (int)l;
System.out.println(i);
}

我们可能期望得到其中的某几位，但是结果却是：

1942892530

解释一下。Java中long是8个字节64位的，所以12345678901234在计算机中的表示应该是：

0000 0000 0000 0000 0000 1011 0011 1010 0111 0011 1100 1110 0010 1111 1111 0010

一个int型数据是4个字节32位的，从低位取出上面这串二进制数据的前32位是：

0111 0011 1100 1110 0010 1111 1111 0010

这串二进制表示为十进制1942892530，所以就是我们上面的控制台上输出的内容。从这个例子上还能顺便得到两个结论：

1、整型默认的数据类型是int，long l = 12345678901234L，这个数字已经超出了int的范围了，所以最后有一个L，表示这是一个long型数。顺便，浮点型的默认类型是double，所以定义float的时候要写成””float f = 3.5f”

2、接下来再写一句”int ii = l + i;”会报错，因为long + int是一个long，不能赋值给int

32、公用的集合类中不使用的数据一定要及时remove掉

如果一个集合类是公用的（也就是说不是方法里面的属性），那么这个集合里面的元素是不会自动释放的，因为始终有引用指向它们。所以，如果公用集合里面的某些数据不使用而不去remove掉它们，那么将会造成这个公用集合不断增大，使得系统有内存泄露的隐患。

33、把一个基本数据类型转为字符串，基本数据类型.toString()是最快的方式、String.valueOf(数据)次之、数据+””最慢

把一个基本数据类型转为一般有三种方式，我有一个Integer型数据i，可以使用i.toString()、String.valueOf(i)、i+””三种方式，三种方式的效率如何，看一个测试：

public static void main(String[] args)
{ 
int loopTime = 50000;
Integer i = 0; long startTime = System.currentTimeMillis(); for (int j = 0; j < loopTime; j++)
{
String str = String.valueOf(i);
}
System.out.println("String.valueOf()：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
startTime = System.currentTimeMillis(); for (int j = 0; j < loopTime; j++)
{
String str = i.toString();
}
System.out.println("Integer.toString()：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
startTime = System.currentTimeMillis(); for (int j = 0; j < loopTime; j++)
{
String str = i + "";
}
System.out.println("i + \"\"：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
}

运行结果为：

String.valueOf()：11ms Integer.toString()：5ms i + ""：25ms

所以以后遇到把一个基本数据类型转为String的时候，优先考虑使用toString()方法。至于为什么，很简单：

1、String.valueOf()方法底层调用了Integer.toString()方法，但是会在调用前做空判断

2、Integer.toString()方法就不说了，直接调用了

3、i + “”底层使用了StringBuilder实现，先用append方法拼接，再用toString()方法获取字符串

三者对比下来，明显是2最快、1次之、3最慢

34、使用最有效率的方式去遍历Map

遍历Map的方式有很多，通常场景下我们需要的是遍历Map中的Key和Value，那么推荐使用的、效率最高的方式是：

public static void main(String[] args)
{
HashMap<String, String> hm = new HashMap<String, String>();
hm.put("111", "222");Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = hm.entrySet();
Iterator<Map.Entry<String, String>> iter = entrySet.iterator(); while (iter.hasNext())
{
Map.Entry<String, String> entry = iter.next();
System.out.println(entry.getKey() + "\t" + entry.getValue());
}
}

如果你只是想遍历一下这个Map的key值，那用”Set keySet = hm.keySet();”会比较合适一些

35、对资源的close()建议分开操作

意思是，比如我有这么一段代码：

try{
XXX.close();
YYY.close();
}catch (Exception e)
{...}

建议修改为：

try{ XXX.close(); }catch (Exception e) { ... }try{ YYY.close(); }catch (Exception e) { ... }

虽然有些麻烦，却能避免资源泄露。我想，如果没有修改过的代码，万一XXX.close()抛异常了，那么就进入了cath块中了，YYY.close()不会执行，YYY这块资源就不会回收了，一直占用着，这样的代码一多，是可能引起资源句柄泄露的。而改为上面的写法之后，就保证了无论如何XXX和YYY都会被close掉。

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