作者：運(yùn)氣
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日期：2001-7-10 15:53:12
三．優(yōu)化JAVA程序設(shè)計(jì)和編碼，提高JAVA程序性能的一些方法。 
通過使用一些前面介紹過的輔助性工具來找到程序中的瓶頸，然后就可以對(duì)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(jiǎn)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。 
1．對(duì)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(duì)象（或?qū)嵗Ｓ捎谙到y(tǒng)不僅要花時(shí)間生成對(duì)象，以后可能還需花時(shí)間對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行垃圾回收和處理。因此，生成過多的對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)單的代碼，就生成了STR_1,STR_2,STR_3,STR_4和STR_BUF_1五個(gè)對(duì)象變量。這些生成的類的實(shí)例一般都存放在堆中。堆要對(duì)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(duì)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)象不會(huì)對(duì)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(duì)象，而代碼段2只生成了四個(gè)對(duì)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(duì)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(duì)已生成的對(duì)象作過多的改變。 
對(duì)于一些類(如：String類)來講，寧愿在重新生成一個(gè)新的對(duì)象實(shí)例，而不應(yīng)該修改已經(jīng)生成的對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)象或變量。 
對(duì)于這種情況，因該定義一個(gè)對(duì)象緩沖池。以為管理一個(gè)對(duì)象緩沖池的開銷要比頻繁的生成和回收對(duì)象的開銷小的多。 
（5） 只在對(duì)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(duì)象。這樣，就可以只在對(duì)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(); 
} 
2．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(duì)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(duì)象。以為在異常的處理中，生成一個(gè)異常對(duì)象要消耗掉大部分的時(shí)間。 
3. 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(duì)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(duì)象（包括相同類型和不同類型的對(duì)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。第一，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(duì)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(duì)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(duì)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'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 } 
} 
/* * * * * * * * * * * * * * * *StringVector.java * * * * * * * * * * * * * * * * */ 
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(cè)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)); 
} 
} 
} 
/* * * * * * * * * * * * * * * *TestCollection.java * * * * * * * * * * * * * * * * */ 
測(cè)試的結(jié)果如下（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間為１，越小性能越好）： 

[img]http://www.computerworld.com.cn/htm/app/aprog/01_7_9_4.gif[/img]
 
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(duì)某個(gè)方法或函數(shù)進(jìn)行同步比對(duì)整個(gè)代碼段進(jìn)行同步的性能要好。 
(3) 對(duì)每個(gè)對(duì)象使用多”鎖”的機(jī)制來增大并發(fā)。 
一般每個(gè)對(duì)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(duì)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(duì)一個(gè)對(duì)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++; 
} 
} 
} 
4．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(duì)硬盤，網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)庫的讀寫操作。對(duì)于讀寫操作，又分為有緩存和沒有緩存的；對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)象要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這一小小的改變對(duì)性能會(huì)有很大的提高。　　 
(4) 使用高速緩存（Cache） 
　　　對(duì)于那些經(jīng)常要使用而又不大變化的對(duì)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(duì)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(duì)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。 
5.一些其他的經(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。