java程序优化

程序代码优化要点：

• 字符串优化：分析String源码，了解String常用方法，使用StringBuffer、StringBuilder。
• List、Map、Set优化：分析常用ArrayList、LinkedList、HashMap、TreeMap、LinkedHashMap、Set接口、集合常用方法优化。
• 使用NIO：Buffered、Channel操作和原理，使用零拷贝。
• 引用优化：强引用、弱引用、软引用、虚引用、WeekHashMap。
• 优化技巧：常用代码优化技巧。这里不一一罗列，请参考下面的详解。

• 字符串优化：

  • String对象特点：

    • 终态：String类被声明为final，不可被继承重写，保护了String类和对象的安全。在jdk1.5之前final声明会被inline编译，性能大幅度提高，jdk1.5之后性能提升不大。
    • 常量池：String在编译期间会直接分配在方法区的常量池中，当我们写了多个相同值的String对象时，它们实际是指向了同一空间的不同引用罢了。这样对于String这样经常使用的对象访问代价和创建代价是十分低的。需要注意的是当使用String a="123";String b=new String("123");的时候，编译器虽然会创建一个新的String实例，但是实际值依然是指向常量池中的已有的123。我们可以使用a.intern()，String的intern方法返回常量池中的引用，intern是一个native本地方法。
    • 不变性：String对象生成后内存空间永久不会变化，好处是在多线程的情况下不用加锁同步操作。需要注意如下代码：String a="123";a="456";只是改变了对象的引用所指向的位置，实际的”123”是不变的。

  • 关于内存泄漏：

    • 存在内存泄漏的方法： 
      String：

      • substring(int,int)：

关于字符串分割和查找：

• String的split： 
  split实现中使用了正则表达式，在大量字符串分割时正则表达式会贪婪匹配，效率会降低，不推荐使用。

  • StringTokenizer的使用： 
    StringTokenizer是jdk自带的字符串分割工具，由于没有使用正则匹配，所以速度更快，

    • StringBuffer和StringBuilder：

      • 区别：StringBuffer是线程安全的，所有操作字符串的方法都做了synchronized操作，而StringBuilder没有，是线程不安全的，所以StringBuffer性能低于StringBuilder。
      • 注意事项：StringBuffer和StringBuilder都提供了带有capacity参数的构造函数，主要作用是指定初始化容量（保存字符串缓冲区）的大小，当容量超过capacity时，会进行扩容，扩容为原来大小的2倍，创建新内存空间，同时把原来空间的内存拷贝到新内存空间，然后释放原内存空间。由于内存拷贝很耗时，所以最好指定适当的capacity。
      • 与String的+号对比：当使用+号拼接字符串时，编译器会把+号替换成new StringBuilder().append()，提高拼接效率，但是在大量循环拼接时，编译器不够智能，每次都生成新的StringBuilder，产生大量gc，所以性能不高，最好在循环中使用conact或自己构建StringBuffer或StringBuilder。List接口： 由于篇幅过长，故拆分，请参考《Java性能优化笔记-List接口分析》//TODO
        Map接口： 由于篇幅过长，故拆分，请参考《java性能优化笔记-Mapt接口分析》//TODO
        Set接口： 由于篇幅过长，故拆分，请参考《java性能优化笔记-Set接口分析》//TODO
        RadnomAccess接口： 由于篇幅过长，故拆分，请参考《java性能优化笔记-RadnomAccess接口分析》//TODO
        • • 使用缓冲区：BufferedInput和BufferedOutput在上面的文章中已经介绍过了，同样BufferedWrtier和BufferedReader效率也非常高。优先使用缓冲区。
          • 使用静态方法：静态方法不需要构建实例就可以直接使用，并且由于方法区gc很少回收，且jvm会缓存常用的类，所以一些常用工具类封装成static的性能会更高。而且要比函数重载更具有表达意义。
          • 使用设计模式：在对象比较大时可以使用原型模式替换new操作，尤其对象构造函数比较耗时时，可以直接使用原型模式clone对象，也可以使用apache的commons下的BeanUtil中的clone方法。同样在一些业务下，可以使用单例模式、享元模式、代理模式、工厂模式等常用的设计模式优化对象生成过程，提升性能。

衡量一个程序是否优质，可以从多个角度进行分析。其中，最常见的衡量标准是程序的时间复杂度、空间复杂度，以及代码的可读性、可扩展性。针对程序的时间复杂度和空间复杂度，想要优化程序代码，需要对数据结构与算法有深入的理解，并且熟悉计算机系统的基本概念和原理;而针对代码的可读性和可扩展性，想要优化程序代码，需要深入理解软件架构设计，熟知并会应用合适的设计模式

首先，如今计算机系统的存储空间已经足够大了，达到了 TB 级别，因此相比于空间复杂度，时间复杂度是程序员首要考虑的因素。为了追求高性能，在某些频繁操作执行时，甚至可以考虑用空间换取时间。

　1. 针对日志记录的优化

　2. 针对数据库连接的优化

共享数据库连接。共有 5 次数据库连接操作，每次都需重新建立数据库连接，数据库插入操作完成之后又立即释放了，数据库连接没有被复用。为了做到共享数据库连接，可以通过单例模式 (Singleton Pattern)获得一个相同的数据库连接，每次数据库连接操作都共享这个数据库连接。这里没有使用数据库连接池(Database Connection Pool)是因为在程序只有少量的数据库连接操作，只有在大量并发数据库连接的时候才需要连接池。

共享数据库连接而得到的性能提升的原因是，数据库连接是一个耗时耗资源的操作，需要同远程计算机进行网络通信，建立 TCP 连接，还需要维护连接状态表，建立数据缓冲区。如果共享数据库连接，则只需要进行一次数据库连接操作，省去了多次重新建立数据库连接的时间。

3. 针对插入数据库记录的优化

4. 针对多线程的优化

使用多线程实现并发 / 并行。清空数据库表的操作，使用多线程而得到的性能提升的原因是，系统部署所在的服务器是多核多处理器的，使用多线程，给每个任务分配一个线程执行，可以充分地利用 CPU 计算资源。

6. 针对设计模式的优化，

回顾以上代码优化过程：关闭日志记录、共享数据库连接、使用预编译 SQL、使用 SQL 批处理、使用多线程实现并发 / 并行、使用 DAO 模式抽象出数据访问层，程序运行时间从最初的 100 秒左右降低到 15 秒以下，在性能上得到了很大的提升，同时也具有了更好的可读性和可扩展性。

10、当复制大量数据时，使用System.arraycopy()命令

11、乘法和除法使用移位操作

12、循环内不要不断创建对象引用

13、基于效率和类型检查的考虑，应该尽可能使用array，无法确定数组大小时才使用ArrayList

14、尽量使用HashMap、ArrayList、StringBuilder，除非线程安全需要，否则不推荐使用Hashtable、Vector、StringBuffer，后三者由于使用同步机制而导致了性能开销

16、尽量在合适的场合使用单例

17、尽量避免随意使用静态变量

要知道，当某个对象被定义为static的变量所引用，那么gc通常是不会回收这个对象所占有的堆内存的

foreach循环的底层实现原理就是迭代器Iterator，

21、将常量声明为static final，并以大写命名

这样在编译期间就可以把这些内容放入常量池中，避免运行期间计算生成常量的值。另外，将常量的名字以大写命名也可以方便区分出常量与变量

5、使用带缓冲的输入输出流进行IO操作

带缓冲的输入输出流，即BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream，这可以极大地提升IO效率

26、顺序插入和随机访问比较多的场景使用ArrayList，元素删除和中间插入比较多的场景使用LinkedList

这个，理解ArrayList和LinkedList的原理就知道了

字符串变量和字符串常量equals的时候将字符串常量写在前面

30、不要对数组使用toString()方法

31.把一个基本数据类型转为字符串，基本数据类型.toString()是最快的方式、String.valueOf(数据)次之、数据+””最慢

32使用最有效率的方式去遍历Map

public static void main(String[] args)  

{  

HashMap<String, String> hm = new HashMap<String, String>();  

hm.put(“”, “”);  

Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = hm.entrySet();  

Iterator<Map.Entry<String, String>> iter = entrySet.iterator(); while (iter.hasNext())  

{  

Map.Entry<String, String> entry = iter.next();  

System.out.println(entry.getKey() + “\t” + entry.getValue());  

}  

}  

避免instanceof非预期结果；

（instanceof用来判断一个对象是否是一个类的实例，只能用于对象的判断，不能用于基本类型的判断（编译不通过），instanceof操作符的左右操作数必须有继承或实现关系，否则编译会失败。例：null instanceof String返回值是false，instanceof特有规则，若左操作数是null，结果就直接返回false，不再运算右操作数是什么类）

建议19：断言绝对不是鸡肋；

（防御式编程中经常使用断言（Assertion）对参数和环境做出判断。断言是为调试程序服务的。两个特性：1、默认assert不启用；2、assert抛出的异常AssertionError是继承自Error的）。

建议21：用偶判断，不用奇判断；

（不要使用奇判断（i%2 == 1 ? "奇数" : "偶数"），使用偶判断（i%2 == 0 ? "偶数" : "奇数"）。原因Java中的取余（%标识符）算法：测试数据输入1 2 0 -1 -2，奇判断的时候，当输入-1时，也会返回偶数。

建议22：用整数类型处理货币；

（不要使用float或者double计算货币，因为在计算机中浮点数“有可能”是不准确的，它只能无限接近准确值，而不能完全精确。不能使用计算机中的二进制位来表示如0.4等的浮点数。解决方案：1、使用BigDecimal（优先使用）；2、使用整型）。

建议44：推荐使用序列化实现对象的拷贝；

（通过序列化方式来处理，在内存中通过字节流的拷贝来实现深拷贝。使用此方法进行对象拷贝时需注意两点：1、对象的内部属性都是可序列化的；2、注意方法和属性的特殊修饰符，比如final、static、transient变量的序列化问题都会影响拷贝效果。一个简单办法，使用Apache下的commons工具包中的SerializationUtils类，直接使用更加简洁方便）。

建议56：自由选择字符串拼接方式；

（字符串拼接有三种方法：加号、concat方法及StringBuilder（或StringBuffer）的append方法。字符串拼接性能中，StringBuilder的append方法最快，concat方法次之，加号最慢。

第五章  数组和集合

建议60：性能考虑，数组是首选；

（性能要求较高的场景中使用数组替代集合）（基本类型在栈内存中操作，对象在堆内存中操作。数组中使用基本类型是效率最高的，使用集合类会伴随着自动装箱与自动拆箱动作，所以性能相对差一些）

建议64：多种最值算法，适时选择；

（最值计算时使用集合最简单，使用数组性能最优，利用Set集合去重，使用TreeSet集合自动排序）。

建议79：集合中的哈希码不要重复；

（列表查找不管是遍历查找、链表查找或者是二分查找都不够快。最快的是Hash开头的集合（如HashMap、HashSet等类）查找，原理：根据hashCode定位元素在数组中的位置。HashMap的table数组存储元素特点：1、table数组的长度永远是2的N次幂；2、table数组中的元素是Entry类型；3、table数组中的元素位置是不连续的；每个Entry都有一个next变量，它会指向下一个键值对，用来链表的方式来处理Hash冲突的问题。如果Hash码相同，则添加的元素都使用链表处理，在查找的时候这部分的性能与ArrayList性能差不多）。

第六章  枚举和注解

建议83：推荐使用枚举定义常量；

（在项目开发中，推荐使用枚举常量替代接口常量和类常量）（常量分为：类常量、接口常量、枚举常量；枚举常量优点：1、枚举常量更简单；2、枚举常量属于稳态性（不允许发生越界）；3、枚举具有内置方法，values方法可以获取到所有枚举值；4、枚举可以自定义方法）。

建议85：小心switch带来的空值异常；

（使用枚举值作为switch(枚举类)；语句的条件值时，需要对枚举类进行判断是否为null值。因为Java中的switch语句只能判断byte、short、char、int类型，JDK7可以判断String类型，使用switch语句判断枚举类型时，会根据枚举的排序值匹配。如果传入的只是null的话，获取排序值需要调用如season.ordinal()方法时会抛出NullPointerException异常）。

建议98：建议采用的顺序是List<T>,List<?>,List<Object>；

（1、List<T>是确定的某一个类型，编码者知道它是一个类型，只是在运行期才确定而已；2、List<T>可以进行读写操作，List<?>是只读类型，因为编译器不知道List中容纳的是什么类型的元素，无法增加、修改，但是能删除，List<Object>也可以读写操作，只是此时已经失去了泛型存在的意义了）。

适时选择不同的线程池来实现；

（Java的线程池实现从根本上来说只有两个：ThreadPoolExecutor类和ScheduledThreadPoolExecutor类，还是父子关系。为了简化并行计算，Java还提供了一个Executors的静态类，它可以直接生成多种不同的线程池执行器，比如单线程执行器、带缓冲功能的执行器等，归根结底还是以上两个类的封装类）。

建议128：预防线程死锁；

（线程死锁（DeadLock）是多线程编码中最头疼问题，也是最难重现的问题，因为Java是单进程多线程语言。要达到线程死锁需要四个条件：1、互斥条件；2、资源独占条件；3、不剥夺条件；4、循环等待条件；按照以下两种方式来解决：1、避免或减少资源贡献；2、使用自旋锁，如果在获取自旋锁时锁已经有保持者，那么获取锁操作将“自旋”在那里，直到该自旋锁的保持者释放了锁为止）。

1、不要在循环条件中计算，

2、尽可能把变量、方法声明为final static类型

3、缩小变量的作用范围，目的是加快GC的回收；

4、频繁字符串操作使用StringBuilder或StringBuffer