java面試基礎-Java代碼優化編程

可供程序利用的資源(內存、CPU時間、網絡帶寬等)是有限的,優化的目的就是讓程序用儘可能少的資源完成預定的任務。優化通常包含兩方面的內容:減小代碼的體積,提高代碼的運行效率。本文討論的主要是如何提高代碼的效率。本文大多數從網上摘錄,部分建議僅供參考,有意見可以評論哦

在Java程序中,性能問題的大部分原因並不在於Java語言,而是在於程序本身。養成好的代碼編寫習慣非常重要,比如正確地、巧妙地運用java.lang.String類和java.util.Vector類,它能夠顯著地提高程序的性能。下面我們就來具體地分析一下這方面的問題。

1.

儘量指定類的final修飾符 帶有final修飾符的類是不可派生的。在Java核心API中,有許多應用final的例子,例如java.lang.String。爲String類指定final防止了人們覆蓋length()方法。另外,如果指定一個類爲final,則該類所有的方法都是final。Java編譯器會尋找機會內聯(inline)所有的final方法(這和具體的編譯器實現有關)。此舉能夠使性能平均提高50% 。

2.

儘量重用對象。特別是String 對象的使用中,出現字符串連接情況時應用StringBuffer 代替。由於系統不僅要花時間生成對象,以後可能還需花時間對這些對象進行垃圾回收和處理。因此,生成過多的對象將會給程序的性能帶來很大的影響。

3.

儘量使用局部變量,調用方法時傳遞的參數以及在調用中創建的臨時變量都保存在棧(Stack)中,速度較快。其他變量,如靜態變量、實例變量等,都在堆(Heap)中創建,速度較慢。另外,依賴於具體的編譯器/JVM,局部變量還可能得到進一步優化。請參見《儘可能使用堆棧變量》。

4.

不要重複初始化變量  默認情況下,調用類的構造函數時, Java會把變量初始化成確定的值:所有的對象被設置成null,整數變量(byte、short、int、long)設置成0,float和double變量設置成0.0,邏輯值設置成false。當一個類從另一個類派生時,這一點尤其應該注意,因爲用new關鍵詞創建一個對象時,構造函數鏈中的所有構造函數都會被自動調用。

5.

在JAVA + ORACLE 的應用系統開發中,java中內嵌的SQL語句儘量使用大寫的形式,以減輕ORACLE解析器的解析負擔。

6.

Java 編程過程中,進行數據庫連接、I/O流操作時務必小心,在使用完畢後,即使關閉以釋放資源。因爲對這些大對象的操作會造成系統大的開銷,稍有不慎,會導致嚴重的後果。

7.

由於JVM的有其自身的GC機制,不需要程序開發者的過多考慮,從一定程度上減輕了開發者負擔,但同時也遺漏了隱患,過分的創建對象會消耗系統的大量內存,嚴重時會導致內存泄露,因此,保證過期對象的及時回收具有重要意義。JVM回收垃圾的條件是:對象不在被引用;然而,JVM的GC並非十分的機智,即使對象滿足了垃圾回收的條件也不一定會被立即回收。所以,建議我們在對象使用完畢,應手動置成null。

8.

在使用同步機制時,應儘量使用方法同步代替代碼塊同步。

9

.儘量減少對變量的重複計算
 例如:for(int i = 0;i < list.size; i ++) {  
                …  
    }  
    應替換爲:  
    for(int i = 0,int len = list.size();i < len; i ++) {  
                …  
    }  

10.

儘量採用lazy loading 的策略,即在需要的時候纔開始創建。
        例如:    String str = “aaa”;  
                if(i == 1) {  
                    list.add(str);  
    }  
    應替換爲:  
                if(i == 1) {  
    String str = “aaa”;  
                    list.add(str);  
    }  

11.慎用異常

      異常對性能不利。拋出異常首先要創建一個新的對象。Throwable接口的構造函數調用名爲fillInStackTrace()的本地(Native)方法,fillInStackTrace()方法檢查堆棧,收集調用跟蹤信息。只要有異常被拋出,VM就必須調整調用堆棧,因爲在處理過程中創建了一個新的對象。 異常只能用於錯誤處理,不應該用來控制程序流程。

12.不要在循環中使用:

Try { } catch() { }

應把其放置在最外層。

13.StringBuffer 的使用:

    StringBuffer表示了可變的、可寫的字符串。

有三個構造方法 :

    StringBuffer ();            //默認分配16個字符的空間  
    StringBuffer (int size);  //分配size個字符的空間  
    StringBuffer (String str);  //分配16個字符+str.length()個字符空間   

   你可以通過StringBuffer的構造函數來設定它的初始化容量,這樣可以明顯地提升性能。這裏提到的構造函數是StringBuffer(int length),length參數表示當前的StringBuffer能保持的字符數量。你也可以使用ensureCapacity(int minimumcapacity)方法在StringBuffer對象創建之後設置它的容量。首先我們看看StringBuffer的缺省行爲,然 後再找出一條更好的提升性能的途徑。
 StringBuffer在內部維護一個字符數組,當你使用缺省的構造函數來創建StringBuffer對象的時候,因爲沒有設置初始化字符長度,StringBuffer的容量被初始化爲16個字符,也就是說缺省容量就是16個字符。當StringBuffer達到最大容量 的時候,它會將自身容量增加到當前的2倍再加2,也就是(2*舊值+2)。如果你使用缺省值,初始化之後接着往裏面追 加字符,在你追加到第16個字符的時候它會將容量增加到34(2*16+2),當追加到34個字符的時候就會將容量增加到 70(2*34+2)。無論何事只要StringBuffer到達它的最大容量它就不得不創建一個新的字符數組然後重新將舊字符和 新字符都拷貝一遍――這也太昂貴了點。所以總是給StringBuffer設置一個合理的初始化容量值是錯不了的,這樣會帶來 立竿見影的性能增益。
 StringBuffer初始化過程的調整的作用由此可見一斑。所以,使用一個合適的容量值來初始化StringBuffer永遠都是一個最佳的建議。

14.合理的使用Java類 java.util.Vector。

簡單地說,一個Vector就是一個java.lang.Object實例的數組。Vector與數組相似,它的元素可以通過整數形式的索引訪問。但是,Vector類型的對象在創建之後,對象的大小能夠根據元素的增加或者刪除而擴展、縮小。請考慮下面這個向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,否則上面的代碼對性能不利。在默認構造函數中,Vector的初始存儲能力是10個元素,如果新元素加入時存儲能力不足,則以後存儲能力每次加倍。Vector類就象StringBuffer類一樣,每次擴展存儲能力時,所有現有的元素都要複製到新的存儲空間之中。下面的代碼片段要比前面的例子快幾個數量級:

   Object obj = new Object();  
    Vector v = new Vector(100000);  
    for(int I=0; I<100000; I++) { v.add(obj); }  

  同樣的規則也適用於Vector類的remove()方法。由於Vector中各個元素之間不能含有“空隙”,刪除除最後一個元素之外的任意其他元素都導致被刪除元素之後的元素向前移動。也就是說,從Vector刪除最後一個元素要比刪除第一個元素“開銷”低好幾倍。

  假設要從前面的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數量級:

 for(int I=0; I<100000; I++)  
    {  
     v.remove(v.size()-1);  
    }  

  從Vector類型的對象v刪除所有元素的最好方法是:
Java代碼 收藏代碼

 v.removeAllElements();  

  假設Vector類型的對象v包含字符串“Hello”。考慮下面的代碼,它要從這個Vector中刪除“Hello”字符串:
Java代碼 收藏代碼

    String s = "Hello";   
    int i = v.indexOf(s);   
    if(I != -1) v.remove(s);  

  這些代碼看起來沒什麼錯誤,但它同樣對性能不利。在這段代碼中,indexOf()方法對v進行順序搜索尋找字符串“Hello”,remove(s)方法也要進行同樣的順序搜索。改進之後的版本是:

    String s = "Hello";  
    int i = v.indexOf(s);  
    if(I != -1) v.remove(i);  

  這個版本中我們直接在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。一個更好的版本是:
Java代碼 收藏代碼

String s = "Hello"; v.remove(s);  

  最後,我們再來看一個有關Vector類的代碼片段:

  for(int I=0; I++;I < v.length)  

  如果v包含100,000個元素,這個代碼片段將調用v.size()方法100,000次。雖然size方法是一個簡單的方法,但它仍舊需要一次方法調用的開銷,至少JVM需要爲它配置以及清除堆棧環境。在這裏,for循環內部的代碼不會以任何方式修改Vector類型對象v的大小,因此上面的代碼最好改寫成下面這種形式:

int size = v.size(); for(int I=0; I++;I<size)

  雖然這是一個簡單的改動,但它仍舊贏得了性能。畢竟,每一個CPU週期都是寶貴的。

15.當複製大量數據時,使用System.arraycopy()命令。

16.代碼重構:增強代碼的可讀性。

例如
 public class ShopCart {  
            private List carts ;  
            …  
            public void add (Object item) {  
                if(carts == null) {  
                    carts = new ArrayList();  
    }  
    crts.add(item);  
    }  
    public void remove(Object item) {  
        if(carts. contains(item)) {  
            carts.remove(item);  
    }  
    }  
    public List getCarts() {  
        //返回只讀列表  
        return Collections.unmodifiableList(carts);  
    }  

    //不推薦這種方式  
    //this.getCarts().add(item);  
    }  

17.不用new關鍵詞創建類的實例

 用new關鍵詞創建類的實例時,構造函數鏈中的所有構造函數都會被自動調用。但如果一個對象實現了Cloneable接口,我們可以調用它的clone()方法。clone()方法不會調用任何類構造函數。 
在使用設計模式(Design Pattern)的場合,如果用Factory模式創建對象,則改用clone()方法創建新的對象實例非常簡單。例如,
 下面是Factory模式的一個典型實現:   
    public static Credit getNewCredit() {  
        return new Credit();  
    }   
    改進後的代碼使用clone()方法,如下所示:  
    private static Credit BaseCredit = new Credit();  
    public static Credit getNewCredit() {  
        return (Credit) BaseCredit.clone();  
    }   

上面的思路對於數組處理同樣很有用。

18.乘法和除法

考慮下面的代碼:   
 for (val = 0; val < 100000; val +=5) {  
    alterX = val * 8; myResult = val * 2;  
    }   
    用移位操作替代乘法操作可以極大地提高性能。下面是修改後的代碼:   
    for (val = 0; val < 100000; val += 5) {   
    alterX = val << 3; myResult = val << 1;  
    }  

修改後的代碼不再做乘以8的操作,而是改用等價的左移3位操作,每左移1位相當於乘以2。相應地,右移1位操作相當於除以2。值得一提的是,雖然移位操作速度快,但可能使代碼比較難於理解,所以最好加上一些註釋。

19.在JSP頁面中關閉無用的會話。

一個常見的誤解是以爲session在有客戶端訪問時就被創建,然而事實是直到某server端程序調用HttpServletRequest.getSession(true)這樣的語句時才被創建,注意如果JSP沒有顯示的使用 <%@page session="false"%> 關閉session,則JSP文件在編譯成Servlet時將會自動加上這樣一條語句HttpSession session = HttpServletRequest.getSession(true);這也是JSP中隱含的session對象的來歷。由於session會消耗內存資源,因此,如果不打算使用session,應該在所有的JSP中關閉它。

對於那些無需跟蹤會話狀態的頁面,關閉自動創建的會話可以節省一些資源。使用如下page指令:<%@ page session=”false”%>

20.JDBC與I/O

 如果應用程序需要訪問一個規模很大的數據集,則應當考慮使用塊提取方式。默認情況下,JDBC每次提取32行數據。舉例來說,假設我們要遍歷一個5000行的記錄集,JDBC必須調用數據庫157次才能提取到全部數據。如果把塊大小改成512,則調用數據庫的次數將減少到10次。

21.Servlet與內存使用

  許多開發者隨意地把大量信息保存到用戶會話之中。一些時候,保存在會話中的對象沒有及時地被垃圾回收機制回收。從性能上看,典型的症狀是用戶感到系統週期性地變慢,卻又不能把原因歸於任何一個具體的組件。如果監視JVM的堆空間,它的表現是內存佔用不正常地大起大落。
 解決這類內存問題主要有二種辦法。第一種辦法是,在所有作用範圍爲會話的Bean中實現HttpSessionBindingListener接口。這樣,只要實現valueUnbound()方法,就可以顯式地釋放Bean使用的資源。 另外一種辦法就是儘快地把會話作廢。大多數應用服務器都有設置會話作廢間隔時間的選項。另外,也可以用編程的方式調用會話的setMaxInactiveInterval()方法,該方法用來設定在作廢會話之前,Servlet容器允許的客戶請求的最大間隔時間,以秒計。

22、使用緩衝標記

一些應用服務器加入了面向JSP的緩衝標記功能。例如,BEA的WebLogic Server從6.0版本開始支持這個功能,Open Symphony工程也同樣支持這個功能。JSP緩衝標記既能夠緩衝頁面片斷,也能夠緩衝整個頁面。當JSP頁面執行時,如果目標片斷已經在緩衝之中,則生成該片斷的代碼就不用再執行。頁面級緩衝捕獲對指定URL的請求,並緩衝整個結果頁面。對於購物籃、目錄以及門戶網站的主頁來說,這個功能極其有用。對於這類應用,頁面級緩衝能夠保存頁面執行的結果,供後繼請求使用。

23、選擇合適的引用機制

在典型的JSP應用系統中,頁頭、頁腳部分往往被抽取出來,然後根據需要引入頁頭、頁腳。當前,在JSP頁面中引入外部資源的方法主要有兩種:include指令,以及include動作。 
include指令:例如<%@ include file="copyright.html" %>。該指令在編譯時引入指定的資源。在編譯之前,帶有include指令的頁面和指定的資源被合併成一個文件。被引用的外部資源在編譯時就確定,比運行時才確定資源更高效。 
include動作:例如<jsp:include page="copyright.jsp" />。該動作引入指定頁面執行後生成的結果。由於它在運行時完成,因此對輸出結果的控制更加靈活。但時,只有當被引用的內容頻繁地改變時,或者在對主頁面的請求沒有出現之前,被引用的頁面無法確定時,使用include動作才合算。

24、及時清除不再需要的會話

爲了清除不再活動的會話,許多應用服務器都有默認的會話超時時間,一般爲30分鐘。當應用服務器需要保存更多會話時,如果內存容量不足,操作系統會把部分內存數據轉移到磁盤,應用服務器也可能根據“最近最頻繁使用”(Most Recently Used)算法把部分不活躍的會話轉儲到磁盤,甚至可能拋出“內存不足”異常。在大規模系統中,串行化會話的代價是很昂貴的。當會話不再需要時,應當及時調用HttpSession.invalidate()方法清除會話。HttpSession.invalidate()方法通常可以在應用的退出頁面調用。

25、不要將數組聲明爲:public static final

26、HashMap的遍歷效率討論

經常遇到對HashMap中的key和value值對的遍歷操作,有如下兩種方法:

    Map<String, String[]> paraMap = new HashMap<String, String[]>();  
    ................//第一個循環  
    Set<String> appFieldDefIds = paraMap.keySet();  
    for (String appFieldDefId : appFieldDefIds) {  
    String[] values = paraMap.get(appFieldDefId);  
    ......  
    }  

    //第二個循環  
    for(Entry<String, String[]> entry : paraMap.entrySet()){  
    String appFieldDefId = entry.getKey();  
    String[] values = entry.getValue();  
    .......  
    }  

第一種實現明顯的效率不如第二種實現。
分析如下 Set appFieldDefIds = paraMap.keySet(); 是先從HashMap中取得keySet

代碼如下:

 public Set<K> keySet() {  
    Set<K> ks = keySet;  
    return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));  
    }  

    private class KeySet extends AbstractSet<K> {  
    public Iterator<K> iterator() {  
    return newKeyIterator();  
    }  
    public int size() {  
    return size;  
    }  
    public boolean contains(Object o) {  
    return containsKey(o);  
    }  
    public boolean remove(Object o) {  
    return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;  
    }  
    public void clear() {  
    HashMap.this.clear();  
    }  
    }  

其實就是返回一個私有類KeySet, 它是從AbstractSet繼承而來,實現了Set接口。

    再來看看for/in循環的語法  
    for(declaration : expression)  
    statement  

    在執行階段被翻譯成如下各式  
    for(Iterator<E> #i = (expression).iterator(); #i.hashNext();){  
    declaration = #i.next();  
    statement  
    }  

因此在第一個for語句for (String appFieldDefId : appFieldDefIds) 中調用了HashMap.keySet().iterator() 而這個方法調用了newKeyIterator()

 Iterator<K> newKeyIterator() {  
    return new KeyIterator();  
    }  
    private class KeyIterator extends HashIterator<K> {  
    public K next() {  
    return nextEntry().getKey();  
    }  
    }  

所以在for中還是調用了
在第二個循環for(Entry

 private class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {  
    public Map.Entry<K,V> next() {  
    return nextEntry();  
    }  
    }  

此時第一個循環得到key,第二個循環得到HashMap的Entry
效率就是從循環裏面體現出來的第二個循環此致可以直接取key和value值
而第一個循環還是得再利用HashMap的get(Object key)來取value值

現在看看HashMap的get(Object key)方法

 public V get(Object key) {  
    Object k = maskNull(key);  
    int hash = hash(k);  
    int i = indexFor(hash, table.length); //Entry[] table   
    Entry<K,V> e = table;  
    while (true) {  
    if (e == null)  
    return null;  
    if (e.hash == hash && eq(k, e.key))   
    return e.value;  
            e = e.next;  
    }  
    }  

其實就是再次利用Hash值取出相應的Entry做比較得到結果,所以使用第一中循環相當於兩次進入HashMap的Entry中
而第二個循環取得Entry的值之後直接取key和value,效率比第一個循環高。其實按照Map的概念來看也應該是用第二個循環好一點,它本來就是key和value的值對,將key和value分開操作在這裏不是個好選擇。

27、array(數組) 和 ArryList的使用

array([]):最高效;但是其容量固定且無法動態改變;
 ArrayList:容量可動態增長;但犧牲效率;
基於效率和類型檢驗,應儘可能使用array,無法確定數組大小時才使用ArrayList!
 ArrayList是Array的複雜版本
ArrayList內部封裝了一個Object類型的數組,從一般的意義來說,它和數組沒有本質的差別,甚至於ArrayList的許多方法,如Index、IndexOf、Contains、Sort等都是在內部數組的基礎上直接調用Array的對應方法。
ArrayList存入對象時,拋棄類型信息,所有對象屏蔽爲Object,編譯時不檢查類型,但是運行時會報錯。
注:jdk5中加入了對泛型的支持,已經可以在使用ArrayList時進行類型檢查。
從這一點上看來,ArrayList與數組的區別主要就是由於動態增容的效率問題了

28、儘量使用HashMap 和ArrayList ,除非必要,否則不推薦使用

HashTable和Vector ,後者由於使用同步機制,而導致了性能的開銷。

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