如何快速掌握J(rèn)ava的性能調(diào)優(yōu)技巧

大多數(shù)開(kāi)發(fā)者認(rèn)為性能優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的話(huà)題，它需要大量的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)理論。好吧，這也不完全錯(cuò)。

優(yōu)化一個(gè)應(yīng)用做到性能最優(yōu)化可能不是件容易的任務(wù)，但是這并不意味著你沒(méi)有相關(guān)的知識(shí)就什么也做不了。這里有一些易于遵循的建議和最佳實(shí)踐可以幫助你創(chuàng)建一個(gè)性能良好的應(yīng)用程序。

這些建議的大部分都是針對(duì) Java 語(yǔ)言的。但是也有一些是跟語(yǔ)言無(wú)關(guān)的，你可以運(yùn)用到任意的應(yīng)用和程序中。在我們學(xué)習(xí)特定的 Java 編程性能調(diào)優(yōu)之前，先來(lái)探討一些通用的技巧。

1. 在明確必要之前別急著優(yōu)化

這可能是最重要的性能優(yōu)化技巧之一。你應(yīng)該遵循常見(jiàn)的最佳實(shí)踐做法并在案例中高效地應(yīng)用它。但是這并不意味在證明必要之前，你應(yīng)該更換任何標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或構(gòu)建復(fù)雜的優(yōu)化。

多數(shù)情況下，過(guò)早地優(yōu)化會(huì)占用大量的時(shí)間，而且會(huì)使代碼變得難以理解和閱讀。更糟糕的是，這些優(yōu)化通常并沒(méi)帶來(lái)任何好處，因?yàn)槟慊舜罅康臅r(shí)間在優(yōu)化應(yīng)用中的非關(guān)鍵部分。

那么，要怎么證明東西需要優(yōu)化呢？

首先，你需要定義你的代碼速度得多快。例如，為所有 API 調(diào)用指定最大響應(yīng)時(shí)間，或者指定在特定時(shí)間范圍內(nèi)要導(dǎo)入的記錄數(shù)量。在做完這些后，你需要確定你應(yīng)用中哪些部分太慢需要改進(jìn)。當(dāng)完成這些后，你就可以來(lái)看看第二個(gè)技巧提示。

2. 使用分析器找到真正的瓶頸

在完成第一部分的優(yōu)化建議以鑒別出你應(yīng)用中需要提升的部分后，要從哪里入手呢?

你可以有兩種途徑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

查看你的代碼，從看起來(lái)可疑的或者你覺(jué)得可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題的地方入手。

或者使用分析器獲取代碼每個(gè)部分的行為(執(zhí)行過(guò)程)和性能的詳細(xì)信息。

希望我不需要解釋為什么應(yīng)該始終遵循第二種途徑/方法的原因。

很顯然，基于分析器的方式可以讓你更好地理解代碼的性能影響，并允許你去專(zhuān)注于更關(guān)鍵的部分(代碼)。即使你曾經(jīng)使用過(guò)分析器，你一定記得你曾經(jīng)多么驚訝于一下就找到了代碼的哪些部分產(chǎn)生了性能問(wèn)題。我第一次的猜測(cè)不止一次地導(dǎo)致我走錯(cuò)了方向。

3. 為整個(gè)應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)性能測(cè)試套件

這是另一個(gè)通用的可以幫助你避免在將性能改進(jìn)部署到產(chǎn)品中之后經(jīng)常會(huì)發(fā)生的許多意外問(wèn)題的技巧。你應(yīng)該總是定義一個(gè)性能測(cè)試套件來(lái)測(cè)試整個(gè)應(yīng)用程序，并在性能改進(jìn)之前和之后運(yùn)行它。

這些額外的測(cè)試運(yùn)行將幫助你識(shí)別你的改動(dòng)所引起的功能和性能上的副作用，并確保不會(huì)導(dǎo)致弊大于利的更新。如果你處理的是被應(yīng)用程序的多個(gè)不同部分使用的組件，如數(shù)據(jù)庫(kù)或緩存，那這一點(diǎn)尤為重要。

4. 優(yōu)先關(guān)注最大瓶頸

在創(chuàng)建了測(cè)試套件并使用分析器分析你的應(yīng)用程序之后，你可以列出一系列需要解決以提高性能的問(wèn)題列表。這很好，但這并沒(méi)有回答你需要從哪里開(kāi)始的問(wèn)題。你可以專(zhuān)注于速成方案，或從最重要的問(wèn)題開(kāi)始。

速成方案一開(kāi)始可能會(huì)很有吸引力，因?yàn)槟憧梢院芸祜@示第一個(gè)成果。但有時(shí)，可能有必要說(shuō)服其他團(tuán)隊(duì)成員或管理層認(rèn)為性能分析是值得的。

一般來(lái)說(shuō)，我建議從頂層開(kāi)始，首先開(kāi)始處理最重要的性能問(wèn)題。這將為你提供最大的性能改進(jìn)，而且你可能僅需要解決這些問(wèn)題中的一小部分就能滿(mǎn)足你的性能要求。

常見(jiàn)的通用調(diào)優(yōu)技巧到此結(jié)束。接下來(lái)讓我們仔細(xì)看看一些特定于 Java 的技巧。

5. 使用 StringBuilder 以編程方式連接字符串

在 Java 中有很多不同的選項(xiàng)來(lái)連接字符串。例如，你可以使用簡(jiǎn)單的 + 或 + = ，以及老的 StringBuffer 或 StringBuilder 。

那么，你應(yīng)該選擇哪種方法呢？

答案取決于連接字符串的代碼。如果你是以編程方式將新內(nèi)容添加到字符串中，例如在for循環(huán)中，則應(yīng)使用 StringBuilder 。它很易于使用，并提供比 StringBuffer 更好的性能。但請(qǐng)記住，與 StringBuffer 相比， StringBuilder 不是線(xiàn)程安全的，可能并不適用于所有情況。

你只需要實(shí)例化一個(gè)新的 StringBuilder 并調(diào)用append方法來(lái)向String中添加一個(gè)新的部分。在你添加完了所有的部分后，你可以調(diào)用toString方法來(lái)檢索已連接的字符串。下面的代碼片段展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

在每次迭代期間，該循環(huán)將 i 轉(zhuǎn)換為一個(gè) String ，并將其與空格一起添加到 StringBuilder sb 中。所以，最后，這段代碼在日志文件中寫(xiě)入 “This is a test0 1 2 3 4 5 6 7 8 9” 。

StringBuilder sb = new StringBuilder(“This is a test”);for (int i=0; i<10; i++) { sb.append(i); sb.append(” “); } log.info(sb.toString);

正如你在代碼片段中看到的。我們可以為字符串的第一個(gè)元素提供到構(gòu)造函數(shù)中。這會(huì)創(chuàng)建一個(gè) StringBuilder ，其中包含了你所提供的字符串以及 16 個(gè)額外字符的容量。當(dāng)你向 StringBuilder 中添加更多字符時(shí)，你的 JVM 將動(dòng)態(tài)的增加 StringBuilder 的大小。

如果你已經(jīng)知道字符串將包含多少個(gè)字符，則可以將該數(shù)字提供給不同的構(gòu)造方法以實(shí)例化具有指定容量的 StringBuilder 。這進(jìn)一步提高了效率，因?yàn)樗恍枰獎(jiǎng)討B(tài)擴(kuò)展其容量。

6. 盡可能使用基本類(lèi)型

避免任何開(kāi)銷(xiāo)并提高應(yīng)用程序性能的另一種簡(jiǎn)便快速的方法是使用基本類(lèi)型而不是其包裝類(lèi)。所以，最好使用 int 而不是 Integer ，是 double 而不是 Double 。這將使得你的 JVM 將值存儲(chǔ)在堆棧而不是堆中，以減少內(nèi)存消耗，并更有效地處理它。

7. 盡量避免大整數(shù)和小數(shù)

由于我們已經(jīng)在討論數(shù)據(jù)類(lèi)型，所以我們也應(yīng)該快速瀏覽大整數(shù)和小數(shù)。尤其是后者因其精確性而受歡迎。但這是有代價(jià)的。大整數(shù)和小數(shù)比一個(gè)簡(jiǎn)單的 long 型或 double 型需要更多的內(nèi)存，并會(huì)顯著減慢所有的運(yùn)算。所以，如果你需要額外的精度，或者如果你的數(shù)字超出一個(gè)較長(zhǎng)的范圍，最好要三思。這可能是你需要更改并解決性能問(wèn)題的唯一方法，尤其是在實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)算法時(shí)。

8. 使用 Apache Commons StringUtils.Replace 而不是 String.replace

一般來(lái)說(shuō)，String.replace 方法可以正常工作，并且效率很高，尤其是在你使用 Java 9 的情況下。但是，如果你的應(yīng)用程序需要大量的替換操作，并且沒(méi)有更新到最新的 Java 版本，那么檢查更快和更有效的替代品依然是有必要的。

有一種候選方案是 Apache Commons Lang 的 StringUtils.replace 方法。正如 Lukas Eder 在他最近的一篇博客文章中所描述的，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)了 Java 8 的 String.replace 方法。

而且它只需要很小的改動(dòng)。你只需要將 Apache Commons Lang 項(xiàng)目的 Maven 依賴(lài)項(xiàng)添加到你的應(yīng)用程序的 pom.xml 中，并將 String.replacemethod 的所有調(diào)用替換為 StringUtils.replace 方法。

// replace this test.replace(“test”, “simple test”); // with this StringUtils.replace(test, “test”, “simple test”);

9. 昂貴的緩存資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接

緩存是避免重復(fù)執(zhí)行昂貴或常用代碼片段的流行解決方案?？偟乃悸泛芎?jiǎn)單：重復(fù)使用這些資源比創(chuàng)建一個(gè)新的資源更劃算。

一個(gè)典型的例子是緩存池中的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。新連接的創(chuàng)建需要時(shí)間，如果你重用現(xiàn)有連接，則可以避免這種情況。

你也可以在 Java 語(yǔ)言源碼中找到其他的例子。例如，在 Integer 類(lèi)中的 valueOf 方法緩存了介于 -128 到 127 之間的值。你可能會(huì)說(shuō)創(chuàng)建一個(gè)新的 Integer 并不是太昂貴，但是由于它經(jīng)常被使用，因此緩存最常用的值也可以提供性能優(yōu)勢(shì)。

但是，當(dāng)你考慮使用緩存時(shí)，請(qǐng)記住緩存實(shí)現(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生開(kāi)銷(xiāo)。你需要花費(fèi)額外的內(nèi)存來(lái)儲(chǔ)存可重復(fù)使用的資源，因此你可能需要管理你的緩存以使資源可訪問(wèn)，并刪除過(guò)期的資源。

所以，在開(kāi)始緩存任何資源之前，請(qǐng)確保它們是經(jīng)常使用的，以超過(guò)緩存實(shí)現(xiàn)的開(kāi)銷(xiāo)(代價(jià))。

總結(jié)

正如你所看到的，有時(shí)不需要太多的工作就可以提高你的應(yīng)用程序的性能。本文中的大部分建議只需要稍作努力就可以將它們應(yīng)用于你的代碼中。

但還是那句話(huà)，最重要的還是那些與是什么編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的技巧：

在你知道其必要性之前不要進(jìn)行優(yōu)化

使用分析器（profiler）來(lái)查找真正的瓶

優(yōu)先處理最大的瓶頸