for循环实战性能优化

完成同样的功能，用不同的代码来实现，性能上可能会有比较大的差别，所以对于一些性能敏感的模块来说，对代码进行一定的优化还是很有必要的。今天就来说一下java代码优化的事情，今天主要聊一下对于for（while等同理）循环的优化，它作为三大结构之一的循环，在我们编写代码的时候会经常用到。循环结构让我们操作数组、集合和其他一些有规律的事物变得更加的方便，但是如果我们在实际开发当中运用不合理，可能会给程序的性能带来很大的影响。所以我们还是需要掌握一些技巧来优化我们的代码的。

1 嵌套循环

   private static void bigSmall() {
        long stratTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            for (int j = 0; j < 100; j++) {

            }
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("外大内小耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

上面是大循环驱动小循环，优化后改为小循环驱动大循环：

    private static void smallBig() {
        long stratTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            for (int j = 0; j < 10000000; j++) {

            }
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("外小内大耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

两者耗时对比：

外大内小耗时：756859726
外小内大耗时：451345484

由以上对比可知，优化后性能显著提升。嵌套循环应该遵循“外小内大”的原则，这就好比你复制很多个小文件和复制几个大文件的区别。

2 循环变量的实例化应放在循环外

在第1节优化后的代码基础上，进行二次优化：

    private static void smallBigBetter() {
        long stratTime = System.nanoTime();
        int i, j;
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            for (j = 0; j < 10000000; j++) {

            }
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("外小内大并且提取出循环内变量耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

执行结果：

外小内大并且提取出循环内变量耗时：445302240

虽然优化效果并不明显，但是随着循环次数的增加，耗时会越来越大，优化效果则会越来越明显。分析：优化前需要实例化1+i=101次，优化后仅仅2次。

3 提取与循环无关的表达式

    private static void calculationInner() {
        int a = 3;
        int b = 7;
        long stratTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            i = i * a * b;
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("未提取耗时：" + (endTime - stratTime));

    }

优化后：

    private static void calculationOuter() {
        int a = 3;
        int b = 7;
        int c = a * b;
        long stratTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            i = i * c;
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("已提取耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

代码中a*b与循环无关，所以应该把它放到外面，避免重复计算。从理论角度分析，由于减少了计算次数，故优化后性能会更高。

4 消除循环终止判断时的方法调用

stratTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {  

}
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("未优化list耗时："+(endTime - stratTime));  

优化后的代码：

stratTime = System.nanoTime();
int size = list.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {  

}
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("优化list耗时："+(endTime - stratTime));  

每次循环，list.size()都会被执行一次，这无疑会影响程序的性能，所以应该将其放到循环外面，用一个变量来缓存其size，不要让这一点点代码而消耗我们这么多性能。

5 异常捕获

在内部捕获异常：

    private static void catchInner() {
        long stratTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            try {
            } catch (Exception e) {
            }
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("在内部捕获异常耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

在外部捕获异常：

private static void catchOuter() {
        long stratTime = System.nanoTime();
        try {
            for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            }
        } catch (Exception e) {

        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("在外部捕获异常耗时：" + (endTime - stratTime));
    }

结果对比：

在内部捕获异常耗时：6105716
在外部捕获异常耗时：5465381

捕获异常很占用资源，所以不要把try catch放到循环内部，优化后性能同样有好几个数量级的提升。另外， 《Effective Java》一书指出for-each循环优先于传统的for循环，它在简洁性和预防bug方面有着传统for循环无法媲美的优势，并且，没有性能方面的损失，因此，推荐使用for-each循环。