有助于改善性能的Java代碼技巧

前言

程序的性能受到代碼質(zhì)量的直接影響。這次主要介紹一些代碼編寫(xiě)的小技巧和慣例。雖然看起來(lái)有些是微不足道的編程技巧，卻可能為系統(tǒng)性能帶來(lái)成倍的提升，因此還是值得關(guān)注的。

慎用異常

在Java開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常使用try-catch進(jìn)行錯(cuò)誤捕獲，但是try-catch語(yǔ)句對(duì)系統(tǒng)性能而言是非常糟糕的。雖然一次try-catch中，無(wú)法察覺(jué)到她對(duì)性能帶來(lái)的損失，但是一旦try-catch語(yǔ)句被應(yīng)用于循環(huán)或是遍歷體內(nèi)，就會(huì)給系統(tǒng)性能帶來(lái)極大的傷害。

以下是一段將try-catch應(yīng)用于循環(huán)體內(nèi)的示例代碼：

    @Test
    public void test11() {

        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        for(int i=0;i<1000000000;i++){
            try {
                a++;
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);

    }

上面這段代碼運(yùn)行結(jié)果是：

useTime:10

下面是一段將try-catch移到循環(huán)體外的代碼，那么性能就提升了將近一半。如下：

    @Test
    public void test(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        try {
            for (int i=0;i<1000000000;i++){
                a++;
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println(useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:6

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。

下面是一段使用局部變量進(jìn)行計(jì)算的代碼：

   @Test
    public void test11() {

        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        for(int i=0;i<1000000000;i++){
            a++;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);

    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:5

將局部變量替換為類(lèi)的靜態(tài)變量：

    static int aa = 0;
    @Test
    public void test(){
        long start = System.currentTimeMillis();

        for (int i=0;i<1000000000;i++){
            aa++;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:94

通過(guò)上面兩次的運(yùn)行結(jié)果，可以看出來(lái)局部變量的訪(fǎng)問(wèn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于類(lèi)成員變量。

位運(yùn)算代替乘除法

在所有的運(yùn)算中，位運(yùn)算是最為高效的。因此，可以嘗試使用位運(yùn)算代替部分算術(shù)運(yùn)算，來(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。最典型的就是對(duì)于整數(shù)的乘除運(yùn)算優(yōu)化。

下面是一段使用算術(shù)運(yùn)算的代碼：

    @Test
    public void test11() {

        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 0;
        for(int i=0;i<1000000000;i++){
            a*=2;
            a/=2;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:1451

將循環(huán)體中的乘除運(yùn)算改為等價(jià)的位運(yùn)算，代碼如下：

    @Test
    public void test(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        int aa = 0;
        for (int i=0;i<1000000000;i++){
            aa<<=1;
            aa>>=1;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:10

上兩段代碼執(zhí)行了完全相同的功能，在每次循環(huán)中，都將整數(shù)乘以2，并除以2。但是運(yùn)行結(jié)果耗時(shí)相差非常大，所以位運(yùn)算的效率還是顯而易見(jiàn)的。

提取表達(dá)式

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序員很容易有意無(wú)意地讓代碼做一些“重復(fù)勞動(dòng)”，在大部分情況下，由于計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)行，這些“重復(fù)勞動(dòng)”并不會(huì)對(duì)性能構(gòu)成太大的威脅，但若希望將系統(tǒng)性能發(fā)揮到極致，提取這些“重復(fù)勞動(dòng)”相當(dāng)有意義。

比如以下代碼中進(jìn)行了兩次算術(shù)計(jì)算：

    @Test
    public void testExpression(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        double d = Math.random();
        double a = Math.random();
        double b = Math.random();
        double e = Math.random();

        double x,y;
        for(int i=0;i<10000000;i++){
            x = d*a*b/3*4*a;
            y = e*a*b/3*4*a;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);

    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:21

仔細(xì)看能發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)計(jì)算表達(dá)式的后半部分完全相同，這也意味著在每次循環(huán)中，相同部分的表達(dá)式被重新計(jì)算了。

那么改進(jìn)一下后就變成了下面的樣子：

    @Test
    public void testExpression99(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        double d = Math.random();
        double a = Math.random();
        double b = Math.random();
        double e = Math.random();

        double p,x,y;
        for(int i=0;i<10000000;i++){
            p = a*b/3*4*a;
            x = d*p;
            y = e*p;
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:11

通過(guò)運(yùn)行結(jié)果我們可以看出來(lái)具體的優(yōu)化效果。

同理，如果在某循環(huán)中需要執(zhí)行一個(gè)耗時(shí)操作，而在循環(huán)體內(nèi)，其執(zhí)行結(jié)果總是唯一的，也應(yīng)該提取到循環(huán)體外。

例如下面的代碼：

for(int i=0;i<100000;i++){
    x[i] = Math.PI*Math.sin(y)*i;
}

應(yīng)該改進(jìn)成下面的代碼：

//提取復(fù)雜，固定結(jié)果的業(yè)務(wù)邏輯處理到循環(huán)體外
double p = Math.PI*Math.sin(y);
for(int i=0;i<100000;i++){
    x[i] = p*i;
}

使用arrayCopy()

數(shù)組復(fù)制是一項(xiàng)使用頻率很高的功能，JDK中提供了一個(gè)高效的API來(lái)實(shí)現(xiàn)它。

/**
     * @param      src      the source array.
     * @param      srcPos   starting position in the source array.
     * @param      dest     the destination array.
     * @param      destPos  starting position in the destination data.
     * @param      length   the number of array elements to be copied.
     * @exception  IndexOutOfBoundsException  if copying would cause
     *               access of data outside array bounds.
     * @exception  ArrayStoreException  if an element in the <code>src</code>
     *               array could not be stored into the <code>dest</code> array
     *               because of a type mismatch.
     * @exception  NullPointerException if either <code>src</code> or
     *               <code>dest</code> is <code>null</code>.
     */
    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

如果在應(yīng)用程序中需要進(jìn)行數(shù)組復(fù)制，應(yīng)該使用這個(gè)函數(shù)，而不是自己實(shí)現(xiàn)。

下面來(lái)舉例：

    @Test
    public void testArrayCopy(){
        int size = 100000;
        int[] array = new int[size];
        int[] arraydest = new int[size];

        for(int i=0;i<array.length;i++){
            array[i] = i;
        }
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int k=0;k<1000;k++){
            //進(jìn)行復(fù)制
            System.arraycopy(array,0,arraydest,0,size);
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:59

相對(duì)應(yīng)地，如果在程序中，自己實(shí)現(xiàn)數(shù)組復(fù)制，其等價(jià)代碼如下：

    @Test
    public void testArrayCopy99(){
        int size = 100000;
        int[] array = new int[size];
        int[] arraydest = new int[size];

        for(int i=0;i<array.length;i++){
            array[i] = i;
        }
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int k=0;k<1000;k++){
            for(int i=0;i<size;i++){
                arraydest[i] = array[i];
            }
        }
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("useTime:"+useTime);
    }

運(yùn)行結(jié)果：

useTime:102

通過(guò)運(yùn)行結(jié)果可以看出效果。

因?yàn)镾ystem.arraycopy()函數(shù)是native函數(shù)，通常native函數(shù)的性能要優(yōu)于普通函數(shù)。僅出于性能考慮，在程序開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)盡可能調(diào)用native函數(shù)。

使用Buffer進(jìn)行I/O操作

除NIO外，使用Java進(jìn)行I/O操作有兩種基本方式；

1、使用基于InpuStream和OutputStream的方式；

2、使用Writer和Reader;

無(wú)論使用哪種方式進(jìn)行文件I/O，如果能合理地使用緩沖，就能有效地提高I/O的性能。

InputStream、OutputStream、Writer和Reader配套使用的緩沖組件。

如下圖：

使用緩沖組件對(duì)文件I/O進(jìn)行包裝，可以有效提升文件I/O的性能。

下面是一個(gè)直接使用InputStream和OutputStream進(jìn)行文件讀寫(xiě)的代碼：

　　@Test
    public void testOutAndInputStream(){

        try {
            DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(new FileOutputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
            long start = System.currentTimeMillis();
            for(int i=0;i<10000;i++){
                dataOutputStream.writeBytes(Objects.toString(i)+"\r\n");
            }
            dataOutputStream.close();
            long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
            System.out.println("寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:"+useTime);
            //開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)
            long startInput = System.currentTimeMillis();
            DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new FileInputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));

            while (dataInputStream.readLine() != null){
            }
            dataInputStream.close();
            long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startInput;
            System.out.println("讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:"+useTimeInput);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }

運(yùn)行結(jié)果：

寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:660
讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:274

使用緩沖的代碼如下：

    @Test
    public void testBufferedStream(){

        try {
            DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(
                    new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt")));
            long start = System.currentTimeMillis();
            for(int i=0;i<10000;i++){
                dataOutputStream.writeBytes(Objects.toString(i)+"\r\n");
            }
            dataOutputStream.close();
            long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
            System.out.println("寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:"+useTime);
            //開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)
            long startInput = System.currentTimeMillis();
            DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(new FileInputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt")));

            while (dataInputStream.readLine() != null){
            }
            dataInputStream.close();
            long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startInput;
            System.out.println("讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:"+useTimeInput);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }

運(yùn)行結(jié)果：

寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:22
讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:12

通過(guò)運(yùn)行結(jié)果，我們能很明顯的看出來(lái)使用緩沖的代碼，無(wú)論在讀取還是寫(xiě)入文件上，性能都有了數(shù)量級(jí)的提升。

使用Wirter和Reader也有類(lèi)似的效果。

如下代碼：

　　 @Test
    public void testWriterAndReader(){

        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            FileWriter fileWriter = new FileWriter("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt");
            for (int i=0;i<100000;i++){
                fileWriter.write(Objects.toString(i)+"\r\n");
            }
            fileWriter.close();
            long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
            System.out.println("寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:"+useTime);
            //開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)
            long startReader = System.currentTimeMillis();
            FileReader fileReader = new FileReader("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt");
            while (fileReader.read() != -1){
            }
            fileReader.close();
            long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startReader;
            System.out.println("讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:"+useTimeInput);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }

運(yùn)行結(jié)果：

寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:221
讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:147

對(duì)應(yīng)的使用緩沖的代碼：

    @Test
    public void testBufferedWriterAndReader(){

        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            BufferedWriter fileWriter = new BufferedWriter(
                    new FileWriter("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
            for (int i=0;i<100000;i++){
                fileWriter.write(Objects.toString(i)+"\r\n");
            }
            fileWriter.close();
            long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
            System.out.println("寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:"+useTime);
            //開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)
            long startReader = System.currentTimeMillis();
            BufferedReader fileReader = new BufferedReader(
                    new FileReader("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
            while (fileReader.read() != -1){
            }
            fileReader.close();
            long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startReader;
            System.out.println("讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:"+useTimeInput);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }

運(yùn)行結(jié)果：

寫(xiě)入數(shù)據(jù)--useTime:157
讀取數(shù)據(jù)--useTimeInput:59

通過(guò)運(yùn)行結(jié)果可以看出，使用了緩沖后，無(wú)論是FileReader還是FileWriter的性能都有較為明顯的提升。

在上面的例子中，由于FileReader和FilerWriter的性能要優(yōu)于直接使用FileInputStream和FileOutputStream所以循環(huán)次數(shù)增加了10倍。

后面會(huì)持續(xù)更新。。。

posted @ 2019-05-31 01:10 紀(jì)莫閱讀(1741) 評(píng)論(1) 收藏舉報(bào)

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紀(jì)莫

心中有光，人生總會(huì)晴朗。

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慎用異常

使用局部變量

位運(yùn)算代替乘除法

提取表達(dá)式

使用arrayCopy()

使用Buffer進(jìn)行I/O操作

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