10种java性能优化方案

你是否正打算优化hashCode()方法？是否想要绕开正则表达式？Lukas Eder介绍了很多简单方便的性能优化小贴士以及扩展程序性能的技巧。

最近“全网域（Web Scale）”一词被炒得火热，人们也正在通过扩展他们的应用程序架构来使他们的系统变得更加“全网域”。

但是究竟什么是全网域？或者说如何确保全网域？扩展的不同方面全网域被炒作的最多的是扩展负载（Scaling load），比如支持单个用户访问的系统也可以支持10 个、100个、甚至100万个用户访问。

在理想情况下，我们的系统应该保持尽可能的“无状态化（stateless）”。

即使必须存在状态，也可以在网络的不同处理终端上转化并进行传输。

当负载成为瓶颈时候，可能就不会出现延迟。

所以对于单个请求来说，耗费50到100毫秒也是可以接受的。

这就是所谓的横向扩展（Scaling out）。

扩展在全网域优化中的表现则完全不同，比如确保成功处理一条数据的算法也可成功处理10条、100条甚至100万条数据。

无论这种度量类型是是否可行，事件复杂度（大O符号）是最佳描述。

延迟是性能扩展杀手。

你会想尽办法将所有的运算处理在同一台机器上进行。

这就是所谓的纵向扩展（Scaling up）。

如果天上能掉馅饼的话（当然这是不可能的），我们或许能把横向扩展和纵向扩展组合起来。

但是，今天我们只打算介绍下面几条提升效率的简单方法。

大O符号Java 7的ForkJoinPool和Java8 的并行数据流（parallel Stream）都对并行处理有所帮助。

当在多核处理器上部署Java程序时表现尤为明显，因所有的处理器都可以访问相同的内存。

所以，这种并行处理较之在跨网络的不同机器上进行扩展，根本的好处是几乎可以完全消除延迟。

但不要被并行处理的效果所迷惑！请谨记下面两点：∙并行处理会吃光处理器资源。

并行处理为批处理带来了极大的好处，但同时也是非同步服务器（如HTTP）的噩梦。

有很多原因可以解释，为什么在过去的几十年中我们一直在使用单线程的Servlet模型。

并行处理仅在纵向扩展时才能带来实际的好处。

∙并行处理对算法复杂度没有影响。

如果你的算法的时间复杂度为O(nlogn)，让算法在c 个处理器上运行，事件复杂度仍然为O(nlogn/c)，因为c 只是算法中的一个无关紧要的常量。

你节省的仅仅是时钟时间（wall-clock time），实际的算法复杂度并没有降低。

降低算法复杂度毫无疑问是改善性能最行之有效的办法。

比如对于一个HashMap 实例的lookup() 方法来说，事件复杂度O(1) 或者空间复杂度O(1) 是最快的。

但这种情况往往是不可能的，更别提轻易地实现。

如果你不能降低算法的复杂度，也可以通过找到算法中的关键点并加以改善的方法，来起到改善性能的作用。

假设我们有下面这样的算法示意图：该算法的整体时间复杂度为O(N3)，如果按照单独访问顺序计算也可得出复杂度为O(N x O x P)。

但是不管怎样，在我们分析这段代码时会发现一些奇怪的场景：∙在开发环境中，通过测试数据可以看到：左分支（N->M->Heavy operation）的时间复杂度M 的值要大于右边的O 和P，所以在我们的分析器中仅仅看到了左分支。

∙在生产环境中，你的维护团队可能会通过AppDynamics、DynaTrace 或其它小工具发现，真正导致问题的罪魁祸首是右分支（N -> O -> P -> Easy operation or also N.O.P.E.）。

在没有生产数据参照的情况下，我们可能会轻易的得出要优化“高开销操作”的结论。

但我们做出的优化对交付的产品没有起到任何效果。

优化的金科玉律不外乎以下内容：∙良好的设计将会使优化变得更加容易。

∙过早的优化并不能解决多有的性能问题，但是不良的设计将会导致优化难度的增加。

理论就先谈到这里。

假设我们已经发现了问题出现在了右分支上，很有可能是因产品中的简单处理因耗费了大量的时间而失去响应（假设N、O和P 的值非常大），请注意文章中提及的左分支的时间复杂度为O(N3)。

这里所做出的努力并不能扩展，但可以为用户节省时间，将困难的性能改善推迟到后面再进行。

这里有10条改善Java性能的小建议：1、使用StringBuilderStingBuilder 应该是在我们的Java代码中默认使用的，应该避免使用+ 操作符。

或许你会对StringBuilder 的语法糖（syntax sugar）持有不同意见，比如：1 String x = "a" + args.length + "b";将会被编译为：1 2 3 4 5 6 7 8 91011 0 new ng.StringBuilder [16]3 dup4 ldc <String "a"> [18]6 invokespecial ng.StringBuilder(ng.String) [20]9 aload_0 [args]10 arraylength11 invokevirtual ng.StringBuilder.append(int) : ng.StringBuilder 14 ldc <String "b"> [27]16 invokevirtual ng.StringBuilder.append(ng.String) :ng.StringBuilder [29]19 invokevirtual ng.StringBuilder.toString() : ng.String [32] 22 astore_1 [x]但究竟发生了什么？接下来是否需要用下面的部分来对String 进行改善呢？1 2 3 4 String x = "a" + args.length + "b";if (args.length == 1)x = x + args[0];现在使用到了第二个StringBuilder，而且这个StringBuilder 不会消耗堆中额外的内存，但却给GC 带来了压力。

1 2 3 4 5 6 StringBuilder x = new StringBuilder("a"); x.append(args.length);x.append("b");if (args.length == 1);x.append(args[0]);小结在上面的样例中，如果你是依靠Java编译器来隐式生成实例的话，那么编译的效果几乎和是否使用了StringBuilder 实例毫无关系。

请记住：在N.O.P.E 分支中，每次CPU的循环的时间到白白的耗费在GC或者为StringBuilder 分配默认空间上了，我们是在浪费N x O x P 时间。

一般来说，使用StringBuilder 的效果要优于使用+ 操作符。

如果可能的话请在需要跨多个方法传递引用的情况下选择StringBuilder，因为String 要消耗额外的资源。

JOOQ在生成复杂的SQL语句便使用了这样的方式。

在整个抽象语法树（AST Abstract Syntax Tree）SQL传递过程中仅使用了一个StringBuilder 。

更加悲剧的是，如果你仍在使用StringBuffer的话，那么用StringBuilder 代替 StringBuffer吧，毕竟需要同步字符串的情况真的不多。

2、避免使用正则表达式正则表达式给人的印象是快捷简便。

但是在N.O.P.E 分支中使用正则表达式将是最糟糕的决定。

如果万不得已非要在计算密集型代码中使用正则表达式的话，至少要将 Pattern缓存下来，避免反复编译Pattern。

1 static final Pattern HEAVY_REGEX =2 pile("(((X)*Y)*Z)*");如果仅使用到了如下这样简单的正则表达式的话：1 String[] parts = ipAddress.split("\\.");这是最好还是用普通的char[] 数组或者是基于索引的操作。

比如下面这段可读性比较差的代码其实起到了相同的作用。

1 2 3 4 5 6 7 8 9101112 int length = ipAddress.length();int offset = 0;int part = 0;for (int i = 0; i < length; i++) {if (i == length - 1 ||ipAddress.charAt(i + 1) == '.') {parts[part] =ipAddress.substring(offset, i + 1);part++;offset = i + 2;}}上面的代码同时表明了过早的优化是没有意义的。

虽然与split() 方法相比较，这段代码的可维护性比较差。

挑战：聪明的小伙伴能想出更快的算法吗？小结正则表达式是十分有用，但是在使用时也要付出代价。

尤其是在N.O.P.E 分支深处时，要不惜一切代码避免使用正则表达式。

还要小心各种使用到正则表达式的JDK字符串方法，比如String.replaceAll()或String.split()。

可以选择用比较流行的开发库，比如Apache Commons Lang来进行字符串操作。

3、不要使用iterator()方法这条建议不适用于一般的场合，仅适用于在 N.O.P.E 分支深处的场景。

尽管如此也应该有所了解。

Java 5格式的循环写法非常的方便，以至于我们可以忘记内部的循环方法，比如： 1 2for (String value : strings) {// Do something useful here2345 int cursor; int lastRet = -1; int expectedModCount = modCount; // ...也可以用下面等价的循环方式来替代上面的 for 循环，仅仅是在栈上“浪费”了区区一个整形，相当划算。

12345 int size = strings.size(); for (int i = 0; i < size; i++) { String value : strings.get(i); // Do something useful here } 如果循环中字符串的值是不怎么变化，也可用数组来实现循环。

1 2 3 for (String value : stringArray) {// Do something useful here}小结无论是从易读写的角度来说，还是从API 设计的角度来说迭代器、Iterable 接口和 foreach 循环都是非常好用的。