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如何優(yōu)化JAVA程序設(shè)計(jì)和編碼，提高性能

2019-11-18 12:21:24
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供稿：網(wǎng)友

　　通過(guò)使用一些輔助性工具來(lái)找到程序中的瓶頸，然后就可以對(duì)瓶頸部分的代碼進(jìn)行優(yōu)化。一般有兩種方案：即優(yōu)化代碼或更改設(shè)計(jì)方法。我們一般會(huì)選擇后者，因?yàn)椴蝗フ{(diào)用以下代碼要比調(diào)用一些優(yōu)化的代碼更能提高程序的性能。而一個(gè)設(shè)計(jì)良好的程序能夠精簡(jiǎn)代碼，從而提高性能。
　　
　　下面將提供一些在java程序的設(shè)計(jì)和編碼中，為了能夠提高JAVA程序的性能，而經(jīng)常采用的一些方法和技巧。
　　
　　1．對(duì)象的生成和大小的調(diào)整。
　　JAVA程序設(shè)計(jì)中一個(gè)普遍的問(wèn)題就是沒(méi)有好好的利用JAVA語(yǔ)言本身提供的函數(shù)，從而經(jīng)常會(huì)生成大量的對(duì)象（或?qū)嵗Ｓ捎谙到y(tǒng)不僅要花時(shí)間生成對(duì)象，以后可能還需花時(shí)間對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行垃圾回收和處理。因此，生成過(guò)多的對(duì)象將會(huì)給程序的性能帶來(lái)很大的影響。
　　
　　例1：關(guān)于String ,StringBuffer，+和append
　　
　　JAVA語(yǔ)言提供了對(duì)于String類(lèi)型變量的操作。但假如使用不當(dāng)，會(huì)給程序的性能帶來(lái)影響。如下面的語(yǔ)句：
　　
　　String name=new String("HuangWeiFeng");
　　System.out.　　
　　看似已經(jīng)很精簡(jiǎn)了，其實(shí)并非如此。為了生成二進(jìn)制的代碼，要進(jìn)行如下的步驟和操作：
　　
　　(1) 生成新的字符串 new String（STR_1);
　　(2) 復(fù)制該字符串;
　　(3) 加載字符串常量"HuangWeiFeng"（STR_2);
　　(4) 調(diào)用字符串的構(gòu)架器（ConstrUCtor）;
　　(5) 保存該字符串到數(shù)組中（從位置0開(kāi)始）;
　　(6) 從java.io.PrintStream類(lèi)中得到靜態(tài)的out變量;
　　(7) 生成新的字符串緩沖變量new StringBuffer(STR_BUF_1);
　　(8) 復(fù)制該字符串緩沖變量;
　　(9) 調(diào)用字符串緩沖的構(gòu)架器（Constructor）;
　　(10) 保存該字符串緩沖到數(shù)組中（從位置1開(kāi)始）;
　　(11) 以STR_1為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)類(lèi)中的append方法;
　　(12) 加載字符串常量"is my name"(STR_3);
　　(13) 以STR_3為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)類(lèi)中的append方法;
　　(14) 對(duì)于STR_BUF_1執(zhí)行toString命令;
　　(15) 調(diào)用out變量中的println方法，輸出結(jié)果。
　　
　　由此可以看出，這兩行簡(jiǎn)單的代碼，就生成了STR_1,STR_2,STR_3,STR_4和STR_BUF_1五個(gè)對(duì)象變量。這些生成的類(lèi)的實(shí)例一般都存放在堆中。堆要對(duì)所有類(lèi)的超類(lèi)，類(lèi)的實(shí)例進(jìn)行初始化，同時(shí)還要調(diào)用類(lèi)極其每個(gè)超類(lèi)的構(gòu)架器。而這些操作都是非常消耗系統(tǒng)資源的。因此，對(duì)對(duì)象的生成進(jìn)行限制，是完全有必要的。
　　
　　經(jīng)修改，上面的代碼可以用如下的代碼來(lái)替換。
　　
　　StringBuffer name=new StringBuffer("HuangWeiFeng");
　　System.out.println(name.append("is my name.").toString());
　　
　　系統(tǒng)將進(jìn)行如下的操作：
　　
　　(1) 生成新的字符串緩沖變量new StringBuffer(STR_BUF_1);
　　(2) 復(fù)制該字符串緩沖變量;
　　(3) 加載字符串常量"HuangWeiFeng"(STR_1);
　　(4) 調(diào)用字符串緩沖的構(gòu)架器（Constructor）;
　　(5) 保存該字符串緩沖到數(shù)組中（從位置1開(kāi)始）;
　　(6) 從java.io.PrintStream類(lèi)中得到靜態(tài)的out變量;
　　(7) 加載STR_BUF_1;
　　(8) 加載字符串常量"is my name"(STR_2);
　　(9) 以STR_2為參數(shù)，調(diào)用字符串緩沖(StringBuffer)實(shí)例中的append方法;
　　(10) 對(duì)于STR_BUF_1執(zhí)行toString命令(STR_3);
　　(11)調(diào)用out變量中的println方法，輸出結(jié)果。
　　
　　由此可以看出，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的代碼只生成了四個(gè)對(duì)象變量：STR_1,STR_2,STR_3和STR_BUF_1.你可能覺(jué)得少生成一個(gè)對(duì)象不會(huì)對(duì)程序的性能有很大的提高。但下面的代碼段2的執(zhí)行速度將是代碼段1的2倍。因?yàn)榇a段1生成了八個(gè)對(duì)象，而代碼段2只生成了四個(gè)對(duì)象。
　　
　　代碼段1：
　　
　　String name= new StringBuffer("HuangWeiFeng");
　　name+="is my";
　　name+="name";
　　
　　代碼段2：
　　
　　StringBuffer name=new StringBuffer("HuangWeiFeng");
　　name.append("is my");
　　name.append("name.").toString();
　　
　　因此，充分的利用JAVA提供的庫(kù)函數(shù)來(lái)優(yōu)化程序，對(duì)提高JAVA程序的性能時(shí)非常重要的.其注重點(diǎn)主要有如下幾方面；
　　
　　(1) 盡可能的使用靜態(tài)變量（Static Class Variables）
　　
　　假如類(lèi)中的變量不會(huì)隨他的實(shí)例而變化，就可以定義為靜態(tài)變量，從而使他所有的實(shí)例都共享這個(gè)變量。
　　
　　例：
　　public class foo
　　{
　　SomeObject so=new SomeObject();
　　}
　　
　　就可以定義為：
　　public class foo
　　{
　　static SomeObject so=new SomeObject();
　　}
　　
　　(2) 不要對(duì)已生成的對(duì)象作過(guò)多的改變。
　　
　　對(duì)于一些類(lèi)(如：String類(lèi))來(lái)講，寧愿在重新生成一個(gè)新的對(duì)象實(shí)例，而不應(yīng)該修改已經(jīng)生成的對(duì)象實(shí)例。
　　
　　例：
　　String name="Huang";
　　name="Wei";
　　name="Feng";
　　
　　上述代碼生成了三個(gè)String類(lèi)型的對(duì)象實(shí)例。而前兩個(gè)馬上就需要系統(tǒng)進(jìn)行垃圾回收處理。假如要對(duì)字符串進(jìn)行連接的操作，性能將得更差，因?yàn)橄到y(tǒng)將不得為此生成更多得臨時(shí)變量，如上例1所示。
　　
　　(3) 生成對(duì)象時(shí)，要分配給它合理的空間和大小JAVA中的很多類(lèi)都有它的默認(rèn)的空間分配大小。對(duì)于StringBuffer類(lèi)來(lái)講，默認(rèn)的分配空間大小是16個(gè)字符。假如在程序中使用StringBuffer的空間大小不是16個(gè)字符，那么就必須進(jìn)行正確的初始化。
　　
　　(4) 避免生成不太使用或生命周期短的對(duì)象或變量。對(duì)于這種情況，因該定義一個(gè)對(duì)象緩沖池。以為治理一個(gè)對(duì)象緩沖池的開(kāi)銷(xiāo)要比頻繁的生成和回收對(duì)象的開(kāi)銷(xiāo)小的多。
　　
　　(5) 只在對(duì)象作用范圍內(nèi)進(jìn)行初始化。JAVA答應(yīng)在代碼的任何地方定義和初始化對(duì)象。這樣，就可以只在對(duì)象作用的范圍內(nèi)進(jìn)行初始化。從而節(jié)約系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)。
　　
　　例：
　　SomeObject so=new SomeObject();
　　If(x==1) then
　　{
　　Foo=so.getXX();
　　}
　　
　　可以修改為：
　　if(x==1) then
　　{
　　SomeObject so=new SomeObject();
　　Foo=so.getXX();
　　}
　　
　　2．異常(Exceptions)
　　JAVA語(yǔ)言中提供了try/catch來(lái)發(fā)方便用戶(hù)捕捉異常，進(jìn)行異常的處理。但是假如使用不當(dāng)，也會(huì)給JAVA程序的性能帶來(lái)影響。因此，要注重以下兩點(diǎn)：
　　
　　(1) 避免對(duì)應(yīng)用程序的邏輯使用try/catch
　　假如可以用if,while等邏輯語(yǔ)句來(lái)處理，那么就盡可能的不用try/catch語(yǔ)句。
　　
　　(2) 重用異常
　　在必須要進(jìn)行異常的處理時(shí)，要盡可能的重用已經(jīng)存在的異常對(duì)象。以為在異常的處理中，生成一個(gè)異常對(duì)象要消耗掉大部分的時(shí)間。
　　
　　3. 線(xiàn)程(Threading)
　　一個(gè)高性能的應(yīng)用程序中一般都會(huì)用到線(xiàn)程。因?yàn)榫€(xiàn)程能充分利用系統(tǒng)的資源。在其他線(xiàn)程因?yàn)榈却脖P(pán)或網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)而 時(shí)，程序能繼續(xù)處理和運(yùn)行。但是對(duì)線(xiàn)程運(yùn)用不當(dāng)，也會(huì)影響程序的性能。
　　
　　例2：正確使用Vector類(lèi)
　　Vector主要用來(lái)保存各種類(lèi)型的對(duì)象（包括相同類(lèi)型和不同類(lèi)型的對(duì)象）。但是在一些情況下使用會(huì)給程序帶來(lái)性能上的影響。這主要是由Vector類(lèi)的兩個(gè)特點(diǎn)所決定的。第一，Vector提供了線(xiàn)程的安全保護(hù)功能。即使Vector類(lèi)中的許多方法同步。但是假如你已經(jīng)確認(rèn)你的應(yīng)用程序是單線(xiàn)程，這些方法的同步就完全不必要了。第二，在Vector查找存儲(chǔ)的各種對(duì)象時(shí)，經(jīng)常要花很多的時(shí)間進(jìn)行類(lèi)型的匹配。而當(dāng)這些對(duì)象都是同一類(lèi)型時(shí)，這些匹配就完全不必要了。因此，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)單線(xiàn)程的，保存特定類(lèi)型對(duì)象的類(lèi)或集合來(lái)替代Vector類(lèi).用來(lái)替換的程序如下（StringVector.java）：
　　
　　public class StringVector
　　{
　　private String [] data;
　　private int count;
　　public StringVector()
　　{
　　this(10); // default size is 10
　　}
　　public StringVector(int initialSize)
　　{
　　data = new String[initialSize];
　　}
　　public void add(String str)
　　{
　　// ignore null strings
　　if(str == null) { return; }
　　ensureCapacity(count + 1);
　　data[count++] = str;
　　}
　　private void ensureCapacity(int minCapacity)
　　{
　　int oldCapacity = data.length;
　　if (minCapacity > oldCapacity)
　　{
　　String oldData[] = data;
　　int newCapacity = oldCapacity * 2;
　　data = new String[newCapacity];
　　System.arraycopy(oldData, 0, data, 0, count);
　　}
　　}
　　public void remove(String str)
　　{
　　if(str == null) { return; // ignore null str }
　　for(int i = 0; i < count; i++)
　　{
　　// check for a match
　　if(data[i].equals(str))
　　{
　　System.arraycopy(data,i+1,data,i,count-1); // copy data
　　// allow previously valid array element be gc'd
　　data[--count] = null;
　　return;
　　}
　　}
　　}
　　public final String getStringAt(int index)
　　{
　　if(index < 0) { return null; }
　　else if(index > count) { return null; // index is > # strings }
　　else { return data[index]; // index is good }
　　}
　　}
　　
　　因此，代碼：
　　Vector Strings=new Vector();
　　Strings.add("One");
　　Strings.add("Two");
　　String Seco

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