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程序員的成長之路

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來自：dzone.com/articles/11-simple-java-performance-tuning-tips

大多數(shù)開發(fā)者認(rèn)為性能優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的話題，它需要大量的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)理論。好吧，這也不完全錯(cuò)。優(yōu)化一個(gè)應(yīng)用做到性能最優(yōu)化可能不是件容易的任務(wù)，但是這并不意味著你沒有相關(guān)的知識(shí)就什么也做不了。這里有一些易于遵循的建議和最佳實(shí)踐可以幫助你創(chuàng)建一個(gè)性能良好的應(yīng)用程序。

這些建議的大部分都是針對(duì) Java 語言的。但是也有一些是跟語言無關(guān)的，你可以運(yùn)用到任意的應(yīng)用和程序中。在我們學(xué)習(xí)特定的 Java 編程性能調(diào)優(yōu)之前，先來探討一些通用的技巧。

1. 在明確必要之前別急著優(yōu)化

這可能是最重要的性能優(yōu)化技巧之一。你應(yīng)該遵循常見的最佳實(shí)踐做法并在案例中高效地應(yīng)用它。但是這并不意味在證明必要之前，你應(yīng)該更換任何標(biāo)準(zhǔn)庫或構(gòu)建復(fù)雜的優(yōu)化。

多數(shù)情況下，過早地優(yōu)化會(huì)占用大量的時(shí)間，而且會(huì)使代碼變得難以理解和閱讀。更糟糕的是，這些優(yōu)化通常并沒帶來任何好處，因?yàn)槟慊舜罅康臅r(shí)間在優(yōu)化應(yīng)用中的非關(guān)鍵部分。

那么，要怎么證明東西需要優(yōu)化呢？

首先，你需要定義你的代碼速度得多快。例如，為所有 API 調(diào)用指定最大響應(yīng)時(shí)間，或者指定在特定時(shí)間范圍內(nèi)要導(dǎo)入的記錄數(shù)量。在做完這些后，你需要確定你應(yīng)用中哪些部分太慢需要改進(jìn)。當(dāng)完成這些后，你就可以來看看第二個(gè)技巧提示。

2. 使用分析器找到真正的瓶頸

在完成第一部分的優(yōu)化建議以鑒別出你應(yīng)用中需要提升的部分后，要從哪里入手呢?

你可以有兩種途徑來解決這個(gè)問題：

查看你的代碼，從看起來可疑的或者你覺得可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)問題的地方入手。
或者使用分析器獲取代碼每個(gè)部分的行為(執(zhí)行過程)和性能的詳細(xì)信息。

希望我不需要解釋為什么應(yīng)該始終遵循第二種途徑/方法的原因。

很顯然，基于分析器的方式可以讓你更好地理解代碼的性能影響，并允許你去專注于更關(guān)鍵的部分(代碼)。即使你曾經(jīng)使用過分析器，你一定記得你曾經(jīng)多么驚訝于一下就找到了代碼的哪些部分產(chǎn)生了性能問題。我第一次的猜測(cè)不止一次地導(dǎo)致我走錯(cuò)了方向。

3. 為整個(gè)應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)性能測(cè)試套件

這是另一個(gè)通用的可以幫助你避免在將性能改進(jìn)部署到產(chǎn)品中之后經(jīng)常會(huì)發(fā)生的許多意外問題的技巧。你應(yīng)該總是定義一個(gè)性能測(cè)試套件來測(cè)試整個(gè)應(yīng)用程序，并在性能改進(jìn)之前和之后運(yùn)行它。

這些額外的測(cè)試運(yùn)行將幫助你識(shí)別你的改動(dòng)所引起的功能和性能上的副作用，并確保不會(huì)導(dǎo)致弊大于利的更新。如果你處理的是被應(yīng)用程序的多個(gè)不同部分使用的組件，如數(shù)據(jù)庫或緩存，那這一點(diǎn)尤為重要。

4. 優(yōu)先關(guān)注最大瓶頸

在創(chuàng)建了測(cè)試套件并使用分析器分析你的應(yīng)用程序之后，你可以列出一系列需要解決以提高性能的問題列表。這很好，但這并沒有回答你需要從哪里開始的問題。你可以專注于速成方案，或從最重要的問題開始。

速成方案一開始可能會(huì)很有吸引力，因?yàn)槟憧梢院芸祜@示第一個(gè)成果。但有時(shí)，可能有必要說服其他團(tuán)隊(duì)成員或管理層認(rèn)為性能分析是值得的。

一般來說，我建議從頂層開始，首先開始處理最重要的性能問題。這將為你提供最大的性能改進(jìn)，而且你可能僅需要解決這些問題中的一小部分就能滿足你的性能要求。

常見的通用調(diào)優(yōu)技巧到此結(jié)束。接下來讓我們仔細(xì)看看一些特定于 Java 的技巧。

5. 使用 StringBuilder 以編程方式連接字符串

在 Java 中有很多不同的選項(xiàng)來連接字符串。例如，你可以使用簡單的 + 或 + = ，以及老的 StringBuffer 或 StringBuilder 。

那么，你應(yīng)該選擇哪種方法呢？

答案取決于連接字符串的代碼。如果你是以編程方式將新內(nèi)容添加到字符串中，例如在for循環(huán)中，則應(yīng)使用 StringBuilder 。它很易于使用，并提供比 StringBuffer 更好的性能。但請(qǐng)記住，與 StringBuffer 相比， StringBuilder 不是線程安全的，可能并不適用于所有情況。

你只需要實(shí)例化一個(gè)新的 StringBuilder 并調(diào)用append方法來向String中添加一個(gè)新的部分。在你添加完了所有的部分后，你可以調(diào)用toString()方法來檢索已連接的字符串。下面的代碼片段展示了一個(gè)簡單的例子。在每次迭代期間，該循環(huán)將 i 轉(zhuǎn)換為一個(gè) String ，并將其與空格一起添加到 StringBuilder sb 中。所以，最后，這段代碼在日志文件中寫入 “This is a test0 1 2 3 4 5 6 7 8 9” 。

StringBuilder sb = new StringBuilder(“This is a test”);for (int i=0; i<10; i++) {
    sb.append(i);
    sb.append(” “);
}
log.info(sb.toString());

正如你在代碼片段中看到的。我們可以為字符串的第一個(gè)元素提供到構(gòu)造函數(shù)中。這會(huì)創(chuàng)建一個(gè) StringBuilder ，其中包含了你所提供的字符串以及 16 個(gè)額外字符的容量。當(dāng)你向 StringBuilder 中添加更多字符時(shí)，你的 JVM 將動(dòng)態(tài)的增加 StringBuilder 的大小。

如果你已經(jīng)知道字符串將包含多少個(gè)字符，則可以將該數(shù)字提供給不同的構(gòu)造方法以實(shí)例化具有指定容量的 StringBuilder 。這進(jìn)一步提高了效率，因?yàn)樗恍枰獎(jiǎng)討B(tài)擴(kuò)展其容量。

6. 盡可能使用基本類型

避免任何開銷并提高應(yīng)用程序性能的另一種簡便快速的方法是使用基本類型而不是其包裝類。所以，最好使用 int 而不是 Integer ，是 double 而不是 Double 。這將使得你的 JVM 將值存儲(chǔ)在堆棧而不是堆中，以減少內(nèi)存消耗，并更有效地處理它。

7. 盡量避免大整數(shù)和小數(shù)

由于我們已經(jīng)在討論數(shù)據(jù)類型，所以我們也應(yīng)該快速瀏覽大整數(shù)和小數(shù)。尤其是后者因其精確性而受歡迎。但這是有代價(jià)的。大整數(shù)和小數(shù)比一個(gè)簡單的 long 型或 double 型需要更多的內(nèi)存，并會(huì)顯著減慢所有的運(yùn)算。所以，如果你需要額外的精度，或者如果你的數(shù)字超出一個(gè)較長的范圍，最好要三思。這可能是你需要更改并解決性能問題的唯一方法，尤其是在實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)算法時(shí)。

8. 使用 Apache Commons StringUtils.Replace 而不是 String.replace

一般來說，String.replace 方法可以正常工作，并且效率很高，尤其是在你使用 Java 9 的情況下。但是，如果你的應(yīng)用程序需要大量的替換操作，并且沒有更新到最新的 Java 版本，那么檢查更快和更有效的替代品依然是有必要的。

有一種候選方案是 Apache Commons Lang 的 StringUtils.replace 方法。正如 Lukas Eder 在他最近的一篇博客文章中所描述的，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過了 Java 8 的 String.replace 方法。

而且它只需要很小的改動(dòng)。你只需要將 Apache Commons Lang 項(xiàng)目的 Maven 依賴項(xiàng)添加到你的應(yīng)用程序的 pom.xml 中，并將 String.replacemethod 的所有調(diào)用替換為 StringUtils.replace 方法。

// replace this
test.replace(“test”, “simple test”);
// with this
StringUtils.replace(test, “test”, “simple test”);

9. 昂貴的緩存資源，如數(shù)據(jù)庫連接

緩存是避免重復(fù)執(zhí)行昂貴或常用代碼片段的流行解決方案。總的思路很簡單：重復(fù)使用這些資源比創(chuàng)建一個(gè)新的資源更劃算。

一個(gè)典型的例子是緩存池中的數(shù)據(jù)庫連接。新連接的創(chuàng)建需要時(shí)間，如果你重用現(xiàn)有連接，則可以避免這種情況。

你也可以在 Java 語言源碼中找到其他的例子。例如，在 Integer 類中的 valueOf 方法緩存了介于 -128 到 127 之間的值。你可能會(huì)說創(chuàng)建一個(gè)新的 Integer 并不是太昂貴，但是由于它經(jīng)常被使用，因此緩存最常用的值也可以提供性能優(yōu)勢(shì)。

但是，當(dāng)你考慮使用緩存時(shí)，請(qǐng)記住緩存實(shí)現(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生開銷。你需要花費(fèi)額外的內(nèi)存來儲(chǔ)存可重復(fù)使用的資源，因此你可能需要管理你的緩存以使資源可訪問，并刪除過期的資源。

所以，在開始緩存任何資源之前，請(qǐng)確保它們是經(jīng)常使用的，以超過緩存實(shí)現(xiàn)的開銷(代價(jià))。

總結(jié)

正如你所看到的，有時(shí)不需要太多的工作就可以提高你的應(yīng)用程序的性能。本文中的大部分建議只需要稍作努力就可以將它們應(yīng)用于你的代碼中。

但還是那句話，最重要的還是那些與是什么編程語言無關(guān)的技巧：

在你知道其必要性之前不要進(jìn)行優(yōu)化
使用分析器（profiler）來查找真正的瓶
優(yōu)先處理最大的瓶頸

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