Java程序的性能優(yōu)化StringBuffer與Vector

2019-11-18 13:14:53

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　java使得復(fù)雜應(yīng)用的開(kāi)發(fā)變得相對(duì)簡(jiǎn)單。毫無(wú)疑問(wèn)，它的這種易用性對(duì)Java的大范圍流行功不可沒(méi)。然而，這種易用性實(shí)際上是一把雙刃劍。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的Java程序，性能表現(xiàn)往往不如一個(gè)同樣設(shè)計(jì)良好的C++程序。在Java程序中，性能問(wèn)題的大部分原因并不在于Java語(yǔ)言，而是在于程序本身。養(yǎng)成好的代碼編寫(xiě)習(xí)慣非常重要，比如正確地、巧妙地運(yùn)用java.lang.String類(lèi)和java.util.Vector類(lèi)，它能夠顯著地提高程序的性能。下面我們就來(lái)具體地分析一下這方面的問(wèn)題。
　　
　　在java中，使用最頻繁、同時(shí)也是濫用最多的一個(gè)類(lèi)或許就是java.lang.String，它也是導(dǎo)致代碼性能低下最主要的原因之一。請(qǐng)考慮下面這個(gè)例子：
　　
　　String s1 = "Testing String";
　　String s2 = "Concatenation Performance";
　　String s3 = s1 + " " + s2;
　　
　　幾乎所有的Java程序員都知道上面的代碼效率不高。那么，我們應(yīng)該怎么辦呢？也許可以試試下面這種代碼：
　　
　　StringBuffer s = new StringBuffer();
　　s.append("Testing String");
　　s.append(" ");
　　s.append("Concatenation Performance");
　　String s3 = s.toString();
　　
　　這些代碼會(huì)比第一個(gè)代碼片段效率更高嗎？答案是否定的。這里的代碼實(shí)際上正是編譯器編譯第一個(gè)代碼片段之后的結(jié)果。既然與使用多個(gè)獨(dú)立的String對(duì)象相比，StringBuffer并沒(méi)有使代碼有任何效率上的提高，那為什么有那么多的Java書(shū)籍批評(píng)第一種方法、推薦使用第二種方法？
　　
　　第二個(gè)代碼片段用到了StringBuffer類(lèi)（編譯器在第一個(gè)片段中也將使用StringBuffer類(lèi)），我們來(lái)分析一下StringBuffer類(lèi)的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，下面是它的代碼：
　　
　　public StringBuffer() { this(16); }
　　
　　默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)預(yù)設(shè)了16個(gè)字符的緩存容量。現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看看StringBuffer類(lèi)的append()方法：
　　
　　public synchronized StringBuffer append(String str) {
　　if (str == null) {
　　str = String.valueOf(str);
　　}
　　int len = str.length();
　　int newcount = count + len;
　　if (newcount > value.length) eXPandCapacity(newcount);
　　str.getChars(0, len, value, count);
　　count = newcount; return this;
　　}
　　
　　append()方法首先計(jì)算字符串追加完成后的總長(zhǎng)度，假如這個(gè)總長(zhǎng)度大于StringBuffer的存儲(chǔ)能力，append()方法調(diào)用私有的expandCapacity()方法。expandCapacity()方法在每次被調(diào)用時(shí)使StringBuffer存儲(chǔ)能力加倍，并把現(xiàn)有的字符數(shù)組內(nèi)容復(fù)制到新的存儲(chǔ)空間。
　　
　　在第二個(gè)代碼片段中（以及在第一個(gè)代碼片段的編譯結(jié)果中），由于字符串追加操作的最后結(jié)果是“Testing String Concatenation Performance”，它有40個(gè)字符，StringBuffer的存儲(chǔ)能力必須擴(kuò)展兩次，從而導(dǎo)致了兩次代價(jià)昂貴的復(fù)制操作。因此，我們至少有一點(diǎn)可以做得比編譯器更好，這就是分配一個(gè)初始存儲(chǔ)容量大于或者等于40個(gè)字符的StringBuffer，如下所示：
　　
　　StringBuffer s = new StringBuffer(45);
　　s.append("Testing String");
　　s.append(" ");
　　s.append("Concatenation Performance");
　　String s3 = s.toString();
　　
　　再考慮下面這個(gè)例子：
　　
　　String s = "";
　　int sum = 0;
　　for(int I=1; I<10; I++) {
　　sum += I;
　　s = s + "+" +I ;
　　}
　　s = s + "=" + sum;
　　
　　分析一下為何前面的代碼比下面的代碼效率低：
　　
　　StringBuffer sb = new StringBuffer();
　　int sum = 0;
　　for(int I=1;
　　I<10; I++){
　　sum + = I;
　　sb.append(I).append("+");
　　}
　　String s = sb.append("=").append(sum).toString();
　　
　　原因就在于每個(gè)s = s + "+" + I操作都要?jiǎng)?chuàng)建并拆除一個(gè)StringBuffer對(duì)象以及一個(gè)String對(duì)象。這完全是一種浪費(fèi)，而在第二個(gè)例子中我們避免了這種情況。
　　
　　我們?cè)賮?lái)看看另外一個(gè)常用的Java類(lèi)——java.util.Vector。簡(jiǎn)單地說(shuō)，一個(gè)Vector就是一個(gè)java.lang.Object實(shí)例的數(shù)組。Vector與數(shù)組相似，它的元素可以通過(guò)整數(shù)形式的索引訪問(wèn)。但是，Vector類(lèi)型的對(duì)象在創(chuàng)建之后，對(duì)象的大小能夠根據(jù)元素的增加或者刪除而擴(kuò)展、縮小。請(qǐng)考慮下面這個(gè)向Vector加入元素的例子：
　　
　　Object obj = new Object();
　　Vector v = new Vector(100000);
　　for(int I=0;
　　I<100000; I++) { v.add(0,obj); }
　　
　　除非有絕對(duì)充足的理由要求每次都把新元素插入到Vector的前面，否則上面的代碼對(duì)性能不利。在默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)中，Vector的初始存儲(chǔ)能力是10個(gè)元素，假如新元素加入時(shí)存儲(chǔ)能力不足，則以后存儲(chǔ)能力每次加倍。Vector類(lèi)就象StringBuffer類(lèi)一樣，每次擴(kuò)展存儲(chǔ)能力時(shí)，所有現(xiàn)有的元素都要復(fù)制到新的存儲(chǔ)空間之中。下面的代碼片段要比前面的例子快幾個(gè)數(shù)量級(jí)：
　　
　　Object obj = new Object();
　　Vector v = new Vector(100000);
　　for(int I=0; I<100000; I++) { v.add(obj); }
　　
　　同樣的規(guī)則也適用于Vector類(lèi)的remove()方法。由于Vector中各個(gè)元素之間不能含有“空隙”，刪除除最后一個(gè)元素之外的任意其他元素都導(dǎo)致被刪除元素之后的元素向前移動(dòng)。也就是說(shuō)，從Vector刪除最后一個(gè)元素要比刪除第一個(gè)元素“開(kāi)銷(xiāo)”低好幾倍。
　　
　　假設(shè)要從前面的Vector刪除所有元素，我們可以使用這種代碼：
　　
　　for(int I=0; I<100000; I++){ v.remove(0); }
　　
　　但是，與下面的代碼相比，前面的代碼要慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)：
　　
　　for(int I=0; I<100000; I++){ v.remove(v.size()-1); }
　　
　　從Vector類(lèi)型的對(duì)象v刪除所有元素的最好方法是：
　　
　　v.removeAllElements();
　　
　　假設(shè)Vector類(lèi)型的對(duì)象v包含字符串“Hello”。考慮下面的代碼，它要從這個(gè)Vector中刪除“Hello”字符串：
　　
　　String s = "Hello"; int i = v.indexOf(s); if(I != -1) v.remove(s);
　　
　　這些代碼看起來(lái)沒(méi)什么錯(cuò)誤，但它同樣對(duì)性能不利。在這段代碼中，indexOf()方法對(duì)v進(jìn)行順序搜索尋找字符串“Hello”，remove(s)方法也要進(jìn)行同樣的順序搜索。改進(jìn)之后的版本是：
　　
　　String s = "Hello"; int i = v.indexOf(s); if(I != -1) v.remove(i);
　　
　　這個(gè)版本中我們直接在remove()方法中給出待刪除元素的精確索引位置，從而避免了第二次搜索。一個(gè)更好的版本是：
　　
　　String s = "Hello"; v.remove(s);
　　
　　最后，我們?cè)賮?lái)看一個(gè)有關(guān)Vector類(lèi)的代碼片段：
　　
　　for(int I=0; I
　　
　　假如v包含100,000個(gè)元素，這個(gè)代碼片段將調(diào)用v.size()方法100,000次。雖然size方法是一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，但它仍然需要一次方法調(diào)用的開(kāi)銷(xiāo)，至少JVM需要為它配置以及清除堆棧環(huán)境。在這里，for循環(huán)內(nèi)部的代碼不會(huì)以任何方式修改Vector類(lèi)型對(duì)象v的大小，因此上面的代碼最好改寫(xiě)成下面這種形式：
　　
　　int size = v.size(); for(int I=0; I
　　
　　雖然這是一個(gè)簡(jiǎn)單的改動(dòng)，但它仍然贏得了性能。究竟，每一個(gè)CPU周期都是寶貴的。
　　
　　拙劣的代碼編寫(xiě)方式導(dǎo)致代碼性能下降。但是，正如本文例子所顯示的，我們只要采取一些簡(jiǎn)單的措施就能夠顯著地改善代碼性能。

上一篇：事務(wù)：在控制之中嗎？--附一些高深內(nèi)容

下一篇：桌面系統(tǒng)的第二次戰(zhàn)役 -- 難解難分