Java 程序该怎么优化?技巧篇

Java
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2023-01-08

1.字符串处理优化,乃优化之源。

研发过程中,String 的 API 用的应该是最多,创建 String 对象,以及字符串分割处理那是常有的事儿。

1.1. 字符串分割,谁更胜一筹?

字符串分割,常用的方式有哪些?哪种方式好一些?

方式一,经常用 String 提供的 split() 方法来满足业务需求。

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代码模拟了一些数据,然后程序跑起来,花费大约 3000 多毫秒。

方式二,采用字符串分割的工具类 StringTokenizer。

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采用 StringTokenizer 完成 split() 同样的数据分割,花费大约 500 毫秒。

从运行效果, StringTokenizer 其效率高于 split() 方法。所以,在能够使用 StringTokenizer 进行处理的地方,就尽量使用 StringTokenizer 进行字符串分割处理。

另外,平时研发中,需要注意一点,在使用索引访问用 String 的 split() 方法得到的数组时,需做最后一个分隔符后有无内容的检查,否则会有抛异常的风险。

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1.2. 字符串拼接,哪种方式更优?

方式一,使用 + 号拼接字符串。

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程序跑起来,大约花费 27687 毫秒。

方式二,使用 StringBuilder 进行拼接字符串。

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程序跑起来,大约花费 24 毫秒。

很显然,使用 + 号拼接字符串,其效率明显较低,采用 StringBuilder 来完成字符串连接性能相对较好,同理,如果需要考虑线程安全的情况下,可以选择 StringBuffer。

另外,在阿里开发手册中也强烈推荐,在循环体内,字符串的连接方式,使用 StringBuilder 的 append 方法进行扩展。如果采取 + 号拼接,会造成内存资源浪费。

2. 善用 arraycopy(),让数组复制不再难。

数组复制是研发过程中,使用较多的功能,JDK 中提供了 API 来实现。但是,哪种方式较好呢?

方式一,作为开发人员,没事就喜欢造轮子,代码会这么写。

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方式二,采取 System.arraycopy() 来完成数组复制。

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红色圈住部分,在本机跑起来验证,方式一、方式二,差距不是特别大,在数据量大的时候,System.arraycopy() 还是稍微好一点。

方式三,采取 Arrays.copyOf() 来完成数组的复制。

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鉴于 Arrays.copyOf() 底层还是调用 System.arraycopy() 来实现,性能肯定稍逊色于直接调用 System.arraycopy() 来完成数组复制。

所以,对数组的操作,如果能用 System.arraycopy() 这个方法实现,建议尽量去使用。

3. 关注循环体,别做重复劳动。

尽可能让程序少做重复的计算,尤其要重点关注循环体内的代码。

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举个简单的栗子,上面代码段中,Math.PI * Math.sin(k) 的执行在循环体中重复执行,而且执行结果是唯一的,可以考虑提到循环体外。

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本机进行验证时,前者大约花费 30 毫秒,而调整后,大约花费 2 毫秒,性能提升还是有的。

所以,从循环体内提取重复的代码,可以有效的提升系统性能。

另外,在阿里开发手册中强烈推荐,循环体中的语句要考量性能,以下操作尽量移至循环体外处理,如定义对象、变量、获取数据库连接,进行不必要的 try-catch 操作(这个 try-catch 是否可以移至循环体外)。

4. 集合用的多,使用场景要注意。

业务研发中,集合家族的 API 使用频率相当之高。那么,充分的选择好数据结构进行数据存储,便是最好的程序优化

为了更清晰的说清各自的使用场景,也为了更好的助你掌握,梳理成思维导图。

4.1. List 家族,谁能得宠?

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4.2. Map 家族,谁占鳌头?

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另外,在集合初始化时,要指定集合初始值大小。

说明:HashMap 使用 HashMap(int initialCapacity) 初始化。 正例:initialCapacity = (需要存储的元素个数 / 负载因子) + 1。 注意负载因子(即 loader factor)默认为 0.75,如果暂时无法确定初始值大小,请设置为 16(即默认值)。 反例:HashMap 需要放置 1024 个元素,由于没有设置容量初始大小,随着元素不断增加,容 量 7 次被迫扩大,resize 需要重建 hash 表,严重影响性能。 —— 阿里开发手册

4.2. Set 家族,谁最适配?

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图中已经把常用的数据结构列举了出来,就不再一一去写代码验证啦。还是那句话,选择好数据结构进行数据存储,便是最好的程序优化。

5. 缓冲,让子弹飞一会儿。

缓冲,最常用的场景就是提高 I/O 的速度,解决 I/O 性能瓶颈。在

Java 中对不少 I/O 组件都提供了缓冲功能。

例如,采用 FileWriter 向文件中写入数据。

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程序跑起来,花费大约 8212 毫秒。那么,再来看看加入缓冲之后会有什么效果?

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程序跑起来,花费大约 4143 毫秒,性能提升了一倍。

所以,文件读写操作时尽量都使用缓冲流进行操作,有助于提升性能。

6. 缓存,让坐飞机的和坐驴车的打交道。

在实际项目研发中,缓存也是经常使用到,缓存是为了提升系统性能而开辟的内存空间。

最为简单的缓存可以直接使用 HashMap 实现,例如应用的配置信息,在启动的时候都加载进去。

针对银行编码等一些使用频率较高的业务数据,或者来之不易的计算结果,都可以保存到缓存中,当再次使用时,直接从缓存中获取,而不需要再占用宝贵的系统资源。

目前有很多基于 Java 的缓存框架,而我用的最多的是 EhCache。

7. 日志记的好,线上没烦恼。

推荐:谨慎地记录日志。生产环境禁止输出 debug 日志;有选择地输出 info 日志;如果使 用 warn 来记录刚上线时的业务行为信息,一定要注意日志输出量的问题,避免把服务器磁盘撑爆,并记得及时删除这些观察日志。 说明:大量地输出无效日志,不利于系统性能提升,也不利于快速定位错误点。 记录日志时请思考:这些日志真的有人看吗?看到这条日志你能做什么?能不能给问题排查带来好处? —— 阿里开发手册

8. 杂七杂八,啰嗦一句不嫌多。

一个优化原则。先实现业务功能,再考虑优化性能,如果功能都没实现,谈其它的都白扯。

一个调优思路。

  • 首先从系统设计层面,去看看是否有改进的可能,是不是可以引入一些设计模式、是不是可以引入缓存机制等方法,来屏蔽潜在的性能问题。
  • 然后从代码层面,看看代码是否有优化的可能。
  • 接着去看看 Java 程序运行的环境,也就是通过调整 JVM 的参数来提升一下性能。
  • 接着到数据库层面,看看是否有调优的可能。
  • 最后到操作系统层面,看看是否可以进行调优。

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