【软件构造】第八章第三节 代码调优的设计模式和I/O

第八章第三节 代码调优的设计模式和I/O

本节学习如何通过对代码的修改，消除性能瓶颈，提高系统性能？——代码调优、面向性 能的设计模式

Outline

• Java调优
  • 代码调优的概念
  • 单例模式（Singleton Pattern）
  • 享元模式（Flyweight Pattern）
  • 原型模式（Prototype Pattern）
  • 对象池模式（Object Pool Pattern）
• 常见的Java I/O方法

Notes

## 代码调优

【代码调优的概念】

• 代码调优：代码调优不是为了修复bug，而是对正确的代码进行修改以提高其性能，其常常是小规模的变化
  • 调优不会减少代码行数
  • 不要猜原因，而应有明确的优化目标
  • 不要边写程序边调优
  • 不是性能优化的第一选择
  • 代码行数与性能之间无必然的联系
  • 代码调优建立在对程序性能的精确度量基础之上（profiling）
  • 当程序做过某些调整之后，要重新profiling并重新了解需要优化的性能瓶颈，微小的变化能导致优化方向大不相同
• 性能从不是追求的第一目标，正确性比性能更重要

【单例模式（Singleton Pattern）】

• 定义：某些类在应用运行期间只需要一个实例。
• 现状：某些类在运行时只要需要一个实例就new，导致很多情况下创建多个object。
• 更好的选择：强制client只能创建一个object实例，避免因为new操作所带来的时空性能（尤其是GC）的损失，也便于复用。
• 优点： 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
• 缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
• 实现：
  • 对重构的代码进行封装，只提供一个访问点
  • 提供static的方法允许指定调用
• 模式图：

• 注意：
  • 1.    只创建一个实例，并且只提供一个全局的访问点；避免创建多个实例的可能。
  • 2.    资源共享情况下，获取实例的方法必须适应多线程并发访问。
  • 3.    提高访问性能。
  • 4.    懒加载（Lazy Load），在需要的时候才被构造。

【享元模型（Flyweight Pattern）】

• 使用场景： 1、系统有大量相似对象。 2、需要缓冲池的场景。
• 特点：该模式允许在应用 中不同部分共享使用objects，降低大量objects带来的时空代价
• 对象的内部状态：不管在什么场合使用该object，内部特征都不变。
• 对象的外部状态：不是固定的，需要在不同场合context分别指派/计算其值。
• 实现：
  • flyweight声明一个接口来接受外部状态并采取行动
  • ConcreteFlyweight保存可共享状态，UnsharedConcreteFlyweight不可共享
  • FlyweightFactory负责flyweight的创建、管理、提供给客户端
  • 客户端通过索引获取flyweight对象，调用方法计算外在状态
• 优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。
• 缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱
• 模式图：

【原型模式（Prototype Pattern）】

【对象池模式（Object Pool Pattern）】

## 常见Java I/O

具体请移步  Java I/O 总结

• Java中I/O操作主要是指使用Java进行输入，输出操作. Java所有的I/O机制都是基于数据流进行输入输出，这些数据流表示了字符或者字节数据的流动序列。
• 虽然java IO类库庞大，但总体来说其框架还是很清楚的。从是读媒介还是写媒介的维度看，Java IO可以分为：
  • 输入流：InputStream和Reader
  • 输出流：OutputStream和Writer
• 而从其处理流的类型的维度上看，Java IO又可以分为：
  • 字节流：InputStream和OutputStream
  • 字符流：Reader和Writer
• 下面这幅图就清晰的描述了JavaIO的分类：

-	字节流	字符流
输入流	InputStream	Reader
输出流	OutputStream	Writer

① InputStream/Reader 
InputStream/Reader 是输入流，这里的输入输出是相对于内存来说的。这两个类都是基类（抽象类），不能实例化对象，可以靠它的派生类来实例化对象，实现文件的各种操作。InputStream 是字节流，Reader 是字符流。

② OutputStream/Writer 
OutputStream/Writer 是输出流，这里是指输出到磁盘等存储介质上，这两个类也都是基类，可以用它们的派生类来实现各种操作。OutputStream 是字节流，Writer 是字符流。

【如何选择I/O流】

• 确定是输入还是输出
  • 输入:输入流 InputStream Reader
  • 输出:输出流 OutputStream Writer
• 明确操作的数据对象是否是纯文本
  • 是:字符流 Reader，Writer
  • 否:字节流 InputStream，OutputStream
• 明确具体的设备。
  • 文件：
    读：FileInputStream,, FileReader,
    写：FileOutputStream，FileWriter
  • 数组：
    byte[ ]：ByteArrayInputStream, ByteArrayOutputStream
    char[ ]：CharArrayReader, CharArrayWriter
  • String：
    StringBufferInputStream(已过时，因为其只能用于String的每个字符都是8位的字符串), StringReader, StringWriter
  • Socket流
    键盘：用System.in（是一个InputStream对象）读取，用System.out（是一个OutoutStream对象）打印
• 是否需要转换流
  • 是，就使用转换流，从Stream转化为Reader、Writer：
  • InputStreamReader，OutputStreamWriter
• 是否需要缓冲提高效率
  • 是就加上Buffered：BufferedInputStream, BufferedOuputStream, BufferedReader, BufferedWriter
• 是否需要格式化输出