通過Java代碼技巧改善性能

前言

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程序的性能受到代碼質量的直接影響。這次主要介紹一些代碼編寫的小技巧和慣例。雖然看起來有些是微不足道的編程技巧，卻可能為系統性能帶來成倍的提升，因此還是值得關注的。

慎用異常

在Java開發(fā)中，經常使用try-catch進行錯誤捕獲，但是try-catch語句對系統性能而言是非常糟糕的。雖然一次try-catch中，無法察覺到她對性能帶來的損失，但是一旦try-catch語句被應用于循環(huán)或是遍歷體內，就會給系統性能帶來極大的傷害。

以下是一段將try-catch應用于循環(huán)體內的示例代碼：

@Test
  public void test11() {

    long start = System.currentTimeMillis();
    int a = 0;
    for(int i=0;i<1000000000;i++){
      try {
        a++;
      }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
      }
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);

  }

上面這段代碼運行結果是：

useTime:10

下面是一段將try-catch移到循環(huán)體外的代碼，那么性能就提升了將近一半。如下：

@Test
  public void test(){
    long start = System.currentTimeMillis();
    int a = 0;
    try {
      for (int i=0;i<1000000000;i++){
        a++;
      }
    }catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println(useTime);
  }

運行結果：

useTime:6

使用局部變量

調用方法時傳遞的參數以及在調用中創(chuàng)建的臨時變量都保存在棧（Stack）中，速度快。其他變量，如靜態(tài)變量、實例變量等，都在堆（Heap）中創(chuàng)建，速度較慢。

下面是一段使用局部變量進行計算的代碼：

@Test
  public void test11() {

    long start = System.currentTimeMillis();
    int a = 0;
    for(int i=0;i<1000000000;i++){
      a++;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);

  }

運行結果：

useTime:5

將局部變量替換為類的靜態(tài)變量：

static int aa = 0;
  @Test
  public void test(){
    long start = System.currentTimeMillis();

    for (int i=0;i<1000000000;i++){
      aa++;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:94

通過上面兩次的運行結果，可以看出來局部變量的訪問速度遠遠高于類成員變量。

位運算代替乘除法

在所有的運算中，位運算是最為高效的。因此，可以嘗試使用位運算代替部分算術運算，來提高系統的運行速度。最典型的就是對于整數的乘除運算優(yōu)化。

下面是一段使用算術運算的代碼：

@Test
  public void test11() {

    long start = System.currentTimeMillis();
    int a = 0;
    for(int i=0;i<1000000000;i++){
      a*=2;
      a/=2;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:1451

將循環(huán)體中的乘除運算改為等價的位運算，代碼如下：

@Test
  public void test(){
    long start = System.currentTimeMillis();
    int aa = 0;
    for (int i=0;i<1000000000;i++){
      aa<<=1;
      aa>>=1;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:10

上兩段代碼執(zhí)行了完全相同的功能，在每次循環(huán)中，都將整數乘以2，并除以2。但是運行結果耗時相差非常大，所以位運算的效率還是顯而易見的。

提取表達式

在軟件開發(fā)過程中，程序員很容易有意無意地讓代碼做一些“重復勞動”，在大部分情況下，由于計算機的高速運行，這些“重復勞動”并不會對性能構成太大的威脅，但若希望將系統性能發(fā)揮到極致，提取這些“重復勞動”相當有意義。

比如以下代碼中進行了兩次算術計算：

@Test
  public void testExpression(){
    long start = System.currentTimeMillis();
    double d = Math.random();
    double a = Math.random();
    double b = Math.random();
    double e = Math.random();

    double x,y;
    for(int i=0;i<10000000;i++){
      x = d*a*b/3*4*a;
      y = e*a*b/3*4*a;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);

  }

運行結果：

useTime:21

仔細看能發(fā)現，兩個計算表達式的后半部分完全相同，這也意味著在每次循環(huán)中，相同部分的表達式被重新計算了。

那么改進一下后就變成了下面的樣子：

@Test
  public void testExpression99(){
    long start = System.currentTimeMillis();
    double d = Math.random();
    double a = Math.random();
    double b = Math.random();
    double e = Math.random();

    double p,x,y;
    for(int i=0;i<10000000;i++){
      p = a*b/3*4*a;
      x = d*p;
      y = e*p;
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:11

通過運行結果我們可以看出來具體的優(yōu)化效果。

同理，如果在某循環(huán)中需要執(zhí)行一個耗時操作，而在循環(huán)體內，其執(zhí)行結果總是唯一的，也應該提取到循環(huán)體外。

例如下面的代碼：

for(int i=0;i<100000;i++){
  x[i] = Math.PI*Math.sin(y)*i;
}

應該改進成下面的代碼：

//提取復雜，固定結果的業(yè)務邏輯處理到循環(huán)體外
double p = Math.PI*Math.sin(y);
for(int i=0;i<100000;i++){
  x[i] = p*i;
}

使用arrayCopy()

數組復制是一項使用頻率很高的功能，JDK中提供了一個高效的API來實現它。

/**
   * @param   src   the source array.
   * @param   srcPos  starting position in the source array.
   * @param   dest   the destination array.
   * @param   destPos starting position in the destination data.
   * @param   length  the number of array elements to be copied.
   * @exception IndexOutOfBoundsException if copying would cause
   *        access of data outside array bounds.
   * @exception ArrayStoreException if an element in the <code>src</code>
   *        array could not be stored into the <code>dest</code> array
   *        because of a type mismatch.
   * @exception NullPointerException if either <code>src</code> or
   *        <code>dest</code> is <code>null</code>.
   */
  public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
                    Object dest, int destPos,
                    int length);

如果在應用程序中需要進行數組復制，應該使用這個函數，而不是自己實現。

下面來舉例：

@Test
  public void testArrayCopy(){
    int size = 100000;
    int[] array = new int[size];
    int[] arraydest = new int[size];

    for(int i=0;i<array.length;i++){
      array[i] = i;
    }
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int k=0;k<1000;k++){
      //進行復制
      System.arraycopy(array,0,arraydest,0,size);
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:59

相對應地，如果在程序中，自己實現數組復制，其等價代碼如下：

@Test
  public void testArrayCopy99(){
    int size = 100000;
    int[] array = new int[size];
    int[] arraydest = new int[size];

    for(int i=0;i<array.length;i++){
      array[i] = i;
    }
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int k=0;k<1000;k++){
      for(int i=0;i<size;i++){
        arraydest[i] = array[i];
      }
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
  }

運行結果：

useTime:102

通過運行結果可以看出效果。

因為System.arraycopy()函數是native函數，通常native函數的性能要優(yōu)于普通函數。僅出于性能考慮，在程序開發(fā)時，應盡可能調用native函數。

標題名稱：通過Java代碼技巧改善性能
鏈接地址：http://muchs.cn/article32/ihcdpc.html

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