Java代碼性能優(yōu)化的 40+ 細(xì)節(jié)
在JAVA程序中，性能問題的大部分原因并不在于JAVA語言，而是程序本身。養(yǎng)成良好的編碼習(xí)慣非常重要，能夠顯著地提升程序性能。
在合適的場(chǎng)合使用單例
使用單例可以減輕加載的負(fù)擔(dān)，縮短加載的時(shí)間，提高加載的效率，但并不是所有地方都適用于單例，簡(jiǎn)單來說，單例主要適用于以下三個(gè)方面：
控制資源的使用，通過線程同步來控制資源的并發(fā)訪問；
控制實(shí)例的產(chǎn)生，以達(dá)到節(jié)約資源的目的；
控制數(shù)據(jù)共享，在不建立直接關(guān)聯(lián)的條件下，讓多個(gè)不相關(guān)的進(jìn)程或線程之間實(shí)現(xiàn)通信。
避免隨意使用靜態(tài)變量
當(dāng)某個(gè)對(duì)象被定義為static變量所引用，那么GC通常是不會(huì)回收這個(gè)對(duì)象所占有的內(nèi)存，如
public class A {
private static B b = new B();
}
此時(shí)靜態(tài)變量b的生命周期與A類同步，如果A類不會(huì)卸載，那么b對(duì)象會(huì)常駐內(nèi)存，直到程序終止。
避免過多過常地創(chuàng)建Java對(duì)象
盡量避免在經(jīng)常調(diào)用的方法，循環(huán)中new對(duì)象，由于系統(tǒng)不僅要花費(fèi)時(shí)間來創(chuàng)建對(duì)象，而且還要花時(shí)間對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行垃圾回收和處理，在我們可以控制的范圍內(nèi)，最大限度地重用對(duì)象，最好能用基本的數(shù)據(jù)類型或數(shù)組來替代對(duì)象。
使用final修飾符
帶有final修飾符的類是不可派生的。在JAVA核心API中，有許多應(yīng)用final的例子，例如java、lang、String，為String類指定final防止了使用者覆蓋length()方法。
另外，如果一個(gè)類是final的，則該類所有方法都是final的。java編譯器會(huì)尋找機(jī)會(huì)內(nèi)聯(lián)（inline）所有的final方法（這和具體的編譯器實(shí)現(xiàn)有關(guān)），此舉能夠使性能平均提高50%。
如：讓訪問實(shí)例內(nèi)變量的getter/setter方法變成”final：
簡(jiǎn)單的getter/setter方法應(yīng)該被置成final，這會(huì)告訴編譯器，這個(gè)方法不會(huì)被重載，所以，可以變成”inlined”,例子：
class MAF {
public void setSize (int size) {
_size = size;
}
private int _size;
}
更正
class DAF_fixed {
final public void setSize (int size) {
_size = size;
}
private int _size;
}
使用局部變量
調(diào)用方法時(shí)傳遞的參數(shù)以及在調(diào)用中創(chuàng)建的臨時(shí)變量都保存在棧（Stack）中，速度較快；其他變量，如靜態(tài)變量、實(shí)例變量等，都在堆（Heap）中創(chuàng)建，速度較慢。
處理好包裝類型和基本類型兩者的使用場(chǎng)所
雖然包裝類型和基本類型在使用過程中是可以相互轉(zhuǎn)換，但它們兩者所產(chǎn)生的內(nèi)存區(qū)域是完全不同的，基本類型數(shù)據(jù)產(chǎn)生和處理都在棧中處理，包裝類型是對(duì)象，是在堆中產(chǎn)生實(shí)例。
在集合類對(duì)象，有對(duì)象方面需要的處理適用包裝類型，其他的處理提倡使用基本類型。
慎用synchronized，盡量減小synchronize的方法
都知道，實(shí)現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開銷作為代價(jià)的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制。synchronize方法被調(diào)用時(shí)，直接會(huì)把當(dāng)前對(duì)象鎖了，在方法執(zhí)行完之前其他線程無法調(diào)用當(dāng)前對(duì)象的其他方法。所以，synchronize的方法盡量減小，并且應(yīng)盡量使用方法同步代替代碼塊同步。
不要使用finalize方法
實(shí)際上，將資源清理放在finalize方法中完成是非常不好的選擇，由于GC的工作量很大，尤其是回收Young代內(nèi)存時(shí)，大都會(huì)引起應(yīng)用程序暫停，所以再選擇使用finalize方法進(jìn)行資源清理，會(huì)導(dǎo)致GC負(fù)擔(dān)更大，程序運(yùn)行效率更差。
使用基本數(shù)據(jù)類型代替對(duì)象
String str = "hello";
上面這種方式會(huì)創(chuàng)建一個(gè)“hello”字符串，而且JVM的字符緩存池還會(huì)緩存這個(gè)字符串；
String str = new String("hello");
此時(shí)程序除創(chuàng)建字符串外，str所引用的String對(duì)象底層還包含一個(gè)char[]數(shù)組，這個(gè)char[]數(shù)組依次存放了h,e,l,l,o
多線程在未發(fā)生線程安全前提下應(yīng)盡量使用HashMap、ArrayList
HashTable、Vector等使用了同步機(jī)制，降低了性能。
合理的創(chuàng)建HashMap
當(dāng)你要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)比較大的hashMap時(shí)，充分利用這個(gè)構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);
避免HashMap多次進(jìn)行了hash重構(gòu),擴(kuò)容是一件很耗費(fèi)性能的事，在默認(rèn)中initialCapacity只有16，而loadFactor是 0.75，需要多大的容量，你最好能準(zhǔn)確的估計(jì)你所需要的最佳大小，同樣的Hashtable，Vectors也是一樣的道理。
減少對(duì)變量的重復(fù)計(jì)算
如：
for(int i=0;i<list.size();i++)
應(yīng)該改為：
for(int i=0,len=list.size();i<len;i++)
并且在循環(huán)中應(yīng)該避免使用復(fù)雜的表達(dá)式，在循環(huán)中，循環(huán)條件會(huì)被反復(fù)計(jì)算，如果不使用復(fù)雜表達(dá)式，而使循環(huán)條件值不變的話，程序?qū)?huì)運(yùn)行的更快。
避免不必要的創(chuàng)建
如：
A a = new A();
if(i==1){
list.add(a);
}
應(yīng)該改為：
if(i==1){
A a = new A();
list.add(a);
}
在finally塊中釋放資源
程序中使用到的資源應(yīng)當(dāng)被釋放，以避免資源泄漏，這最好在finally塊中去做。不管程序執(zhí)行的結(jié)果如何，finally塊總是會(huì)執(zhí)行的，以確保資源的正確關(guān)閉。
使用移位來代替'a/b'的操作
"/"是一個(gè)代價(jià)很高的操作，使用移位的操作將會(huì)更快和更有效
如：
int num = a / 4;
int num = a / 8;
應(yīng)該改為：
int num = a >> 2;
int num = a >> 3;
但注意的是使用移位應(yīng)添加注釋，因?yàn)橐莆徊僮鞑恢庇^，比較難理解。
使用移位來代替'a*b'的操作
同樣的，對(duì)于'*'操作，使用移位的操作將會(huì)更快和更有效
如：
int num = a * 4;
int num = a * 8;
應(yīng)該改為：
int num = a << 2;
int num = a << 3;
確定StringBuffer的容量
StringBuffer 的構(gòu)造器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)大小（通常是16）的字符數(shù)組。在使用中，如果超出這個(gè)大小，就會(huì)重新分配內(nèi)存，創(chuàng)建一個(gè)更大的數(shù)組，并將原先的數(shù)組復(fù)制過來，再丟棄舊的數(shù)組。
在大多數(shù)情況下，你可以在創(chuàng)建 StringBuffer的時(shí)候指定大小，這樣就避免了在容量不夠的時(shí)候自動(dòng)增長(zhǎng)，以提高性能。
如：
StringBuffer buffer = new StringBuffer(1000);
避免使用二維數(shù)組
二維數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存空間比一維數(shù)組多得多，大概10倍以上。
避免使用split
除非是必須的，否則應(yīng)該避免使用split，split由于支持正則表達(dá)式，所以效率比較低，如果是頻繁的幾十，幾百萬的調(diào)用將會(huì)耗費(fèi)大量資源，如果確實(shí)需要頻繁的調(diào)用split，可以考慮使用apache的StringUtils.split(string,char)，頻繁split的可以緩存結(jié)果。
ArrayList & LinkedList
一個(gè)是線性表，一個(gè)是鏈表，一句話，隨機(jī)查詢盡量使用ArrayList，ArrayList優(yōu)于LinkedList，LinkedList還要移動(dòng)指針，添加刪除的操作LinkedList優(yōu)于ArrayList，ArrayList還要移動(dòng)數(shù)據(jù)，不過這是理論性分析，事實(shí)未必如此，重要的是理解好2者得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)癥下藥。
使用System.arraycopy ()代替通過來循環(huán)復(fù)制數(shù)組
System.arraycopy() 要比通過循環(huán)來復(fù)制數(shù)組快的多。
緩存經(jīng)常使用的對(duì)象
盡可能將經(jīng)常使用的對(duì)象進(jìn)行緩存，可以使用數(shù)組，或HashMap的容器來進(jìn)行緩存，但這種方式可能導(dǎo)致系統(tǒng)占用過多的緩存，性能下降，推薦可以使用一些第三方的開源工具，如EhCache，Oscache進(jìn)行緩存，他們基本都實(shí)現(xiàn)了FIFO/FLU等緩存算法。
避免非常大的內(nèi)存分配
有時(shí)候問題不是由當(dāng)時(shí)的堆狀態(tài)造成的，而是因?yàn)榉峙涫≡斐傻摹７峙涞膬?nèi)存塊都必須是連續(xù)的，而隨著堆越來越滿，找到較大的連續(xù)塊越來越困難。
26. 慎用異常
當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)異常時(shí)，需要收集一個(gè)棧跟蹤(stack track)，這個(gè)棧跟蹤用于描述異常是在何處創(chuàng)建的。構(gòu)建這些棧跟蹤時(shí)需要為運(yùn)行時(shí)棧做一份快照，正是這一部分開銷很大。當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) Exception 時(shí)，
JVM 不得不說：先別動(dòng)，我想就您現(xiàn)在的樣子存一份快照，所以暫時(shí)停止入棧和出棧操作。棧跟蹤不只包含運(yùn)行時(shí)棧中的一兩個(gè)元素，而是包含這個(gè)棧中的每一個(gè)元素。
如果您創(chuàng)建一個(gè) Exception ，就得付出代價(jià)，好在捕獲異常開銷不大，因此可以使用 try-catch 將核心內(nèi)容包起來。從技術(shù)上講，你甚至可以隨意地拋出異常，而不用花費(fèi)很大的代價(jià)。
招致性能損失的并不是 throw 操作——盡管在沒有預(yù)先創(chuàng)建異常的情況下就拋出異常是有點(diǎn)不尋常。真正要花代價(jià)的是創(chuàng)建異常，幸運(yùn)的是，好的編程習(xí)慣已教會(huì)我們，不應(yīng)該不管三七二十一就拋出異常。
異常是為異常的情況而設(shè)計(jì)的，使用時(shí)也應(yīng)該牢記這一原則。
重用對(duì)象
特別是String對(duì)象的使用中，出現(xiàn)字符串連接情況時(shí)應(yīng)使用StringBuffer代替，由于系統(tǒng)不僅要花時(shí)間生成對(duì)象，以后可能還需要花時(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。
不要重復(fù)初始化變量
默認(rèn)情況下，調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)時(shí)，java會(huì)把變量初始化成確定的值，所有的對(duì)象被設(shè)置成null，整數(shù)變量設(shè)置成0，float和double變量設(shè)置成0.0，邏輯值設(shè)置成false。當(dāng)一個(gè)類從另一個(gè)類派生時(shí)，這一點(diǎn)尤其應(yīng)該注意，因?yàn)橛胣ew關(guān)鍵字創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，構(gòu)造函數(shù)鏈中的所有構(gòu)造函數(shù)都會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。
這里有個(gè)注意，給成員變量設(shè)置初始值但需要調(diào)用其他方法的時(shí)候，最好放在一個(gè)方法。比如initXXX()中，因?yàn)橹苯诱{(diào)用某方法賦值可能會(huì)因?yàn)轭惿形闯跏蓟鴴伩罩羔槷惓＃纾簆ublic int state = this.getState()。
及時(shí)關(guān)閉IO
在java編程過程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接，I/O流操作，在使用完畢后，及時(shí)關(guān)閉以釋放資源。因?yàn)閷?duì)這些大對(duì)象的操作會(huì)造成系統(tǒng)大的開銷。
不要在循環(huán)中使用Try/Catch語句，應(yīng)把Try/Catch放在循環(huán)最外層
Error是獲取系統(tǒng)錯(cuò)誤的類，或者說是虛擬機(jī)錯(cuò)誤的類。不是所有的錯(cuò)誤Exception都能獲取到的，虛擬機(jī)報(bào)錯(cuò)Exception就獲取不到，必須用Error獲取。
通過StringBuffer的構(gòu)造函數(shù)來設(shè)定它的初始化容量
可以明顯提升性能
StringBuffer的默認(rèn)容量為16，當(dāng)StringBuffer的容量達(dá)到最大容量時(shí)，它會(huì)將自身容量增加到當(dāng)前的2倍+2，也就是2*n+2。無論何時(shí)，只要StringBuffer到達(dá)它的最大容量，它就不得不創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象數(shù)組，然后復(fù)制舊的對(duì)象數(shù)組，這會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。所以給StringBuffer設(shè)置一個(gè)合理的初始化容量值，是很有必要的！
HaspMap的遍歷：
Map<String, String[]> paraMap = new HashMap<String, String[]>();
for( Entry<String, String[]> entry : paraMap.entrySet() ) {
String appFieldDefId = entry.getKey();
String[] values = entry.getValue();
}
利用散列值取出相應(yīng)的Entry做比較得到結(jié)果，取得entry的值之后直接取key和value。
array(數(shù)組)和ArrayList的使用
array 數(shù)組效率最高，但容量固定，無法動(dòng)態(tài)改變，ArrayList容量可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，但犧牲了效率。
單線程使用 HashMap, ArrayList,
除非必要，否則不推薦使用HashTable,Vector，它們使用了同步機(jī)制，而降低了性能。
StringBuffer,StringBuilder的區(qū)別
java.lang.StringBuffer 線程安全的可變字符序列。一個(gè)類似于String的字符串緩沖區(qū)，但不能修改。StringBuilder與該類相比，通常應(yīng)該優(yōu)先使用StringBuilder類，因?yàn)樗С炙邢嗤牟僮鳎捎谒粓?zhí)行同步，所以速度更快。為了獲得更好的性能，在構(gòu)造StringBuffer或StringBuilder時(shí)應(yīng)盡量指定她的容量。當(dāng)然如果不超過16個(gè)字符時(shí)就不用了。相同情況下，使用StringBuilder比使用StringBuffer僅能獲得10%~15%的性能提升，但卻要冒多線程不安全的風(fēng)險(xiǎn)。綜合考慮還是建議使用StringBuffer。
以下舉幾個(gè)實(shí)用優(yōu)化的例子：
一、避免在循環(huán)條件中使用復(fù)雜表達(dá)式
在不做編譯優(yōu)化的情況下，在循環(huán)中，循環(huán)條件會(huì)被反復(fù)計(jì)算，如果不使用復(fù)雜表達(dá)式，而使循環(huán)條件值不變的話，程序?qū)?huì)運(yùn)行的更快。例子：
import java.util.Vector;
class CEL {
void method (Vector vector) {
for (int i = 0; i < vector.size (); i++) // Violation
; // ...
}
}
}
更正：
class CEL_fixed {
void method (Vector vector) {
int size = vector.size ()
for (int i = 0; i < size; i++)
; // ...
}
}
二、為'Vectors' 和 'Hashtables'定義初始大小
JVM為Vector擴(kuò)充大小的時(shí)候需要重新創(chuàng)建一個(gè)更大的數(shù)組，將原原先數(shù)組中的內(nèi)容復(fù)制過來，最后，原先的數(shù)組再被回收。可見Vector容量的擴(kuò)大是一個(gè)頗費(fèi)時(shí)間的事。
通常，默認(rèn)的10個(gè)元素大小是不夠的。你最好能準(zhǔn)確的估計(jì)你所需要的最佳大小。例子：
import java.util.Vector;
public class DIC {
public void addObjects (Object[] o) {
// if length > 10, Vector needs to expand
for (int i = 0; i< o.length;i++) {
v.add(o); // capacity before it can add more elements.
}
}
public Vector v = new Vector(); // no initialCapacity.
}
更正：
自己設(shè)定初始大小。
public Vector v = new Vector(20);
public Hashtable hash = new Hashtable(10);
三、在finally塊中關(guān)閉Stream
程序中使用到的資源應(yīng)當(dāng)被釋放，以避免資源泄漏。這最好在finally塊中去做。不管程序執(zhí)行的結(jié)果如何，finally塊總是會(huì)執(zhí)行的，以確保資源的正確關(guān)閉。
四、使用'System.arraycopy ()'代替通過來循環(huán)復(fù)制數(shù)組
例子：
public class IRB {
void method () {
int[] array1 = new int [100];
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
array1 [i] = i;
}
int[] array2 = new int [100];
for (int i = 0; i < array2.length; i++) {
array2 [i] = array1 [i]; // Violation
}
}
}
更正：
public class IRB {
void method () {
int[] array1 = new int [100];
for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
array1 [i] = i;
}
int[] array2 = new int [100];
System.arraycopy(array1, 0, array2, 0, 100);
}
}
五、讓訪問實(shí)例內(nèi)變量的getter/setter方法變成”final”
簡(jiǎn)單的getter/setter方法應(yīng)該被置成final，這會(huì)告訴編譯器，這個(gè)方法不會(huì)被重載，所以，可以變成”inlined”,例子：
class MAF {
public void setSize (int size) {
_size = size;
}
private int _size;
}
更正：
class DAF_fixed {
final public void setSize (int size) {
_size = size;
}
private int _size;
}
六、對(duì)于常量字符串，用'String' 代替 'StringBuffer'
常量字符串并不需要?jiǎng)討B(tài)改變長(zhǎng)度。
例子：
public class USC {
String method () {
StringBuffer s = new StringBuffer ("Hello");
String t = s + "World!";
return t;
}
}
更正：把StringBuffer換成String，如果確定這個(gè)String不會(huì)再變的話，這將會(huì)減少運(yùn)行開銷提高性能。
七、在字符串相加的時(shí)候，使用 ' ' 代替 " "，如果該字符串只有一個(gè)字符的話
例子：
public class STR {
public void method(String s) {
String string = s + "d" // violation.
string = "abc" + "d" // violation.
}
}
更正：
將一個(gè)字符的字符串替換成' '
public class STR {
public void method(String s) {
String string = s + 'd'
string = "abc" + 'd'
}
}
以上僅是Java方面編程時(shí)的性能優(yōu)化，性能優(yōu)化大部分都是在時(shí)間、效率、代碼結(jié)構(gòu)層次等方面的權(quán)衡，各有利弊，不要把上面內(nèi)容當(dāng)成教條，或許有些對(duì)我們實(shí)際工作適用，有些不適用，還望根據(jù)實(shí)際工作場(chǎng)景進(jìn)行取舍，活學(xué)活用，變通為宜。