如何編寫高性能Java程序的技術(shù)匯編？
本文搜集整理了40多條編寫高性能Java代碼的心法，希望可以幫到您。
1.清理代碼并修改算法
不斷地重構(gòu)和整理代碼，去除算法中冗余的步驟，使代碼更加可讀和精煉的同時(shí)，通過避免額外的計(jì)算來提升性能。
2.盡量指定類、方法為final
Java編譯器會(huì)盡量將final的方法內(nèi)聯(lián)化，從而大幅提升性能(約50%)。所以，如可能，盡量將對(duì)類、方法使用final修飾符。
3.避免濫用靜態(tài)變量
如無必要，避免將成員申明為static，否則可能導(dǎo)致該成員持有的對(duì)象一直不會(huì)被釋放，直到程序終止或修改引用。
4.保持方法簡短
過大的方法將消耗更多的內(nèi)存和CPU周期，而短小精悍的方法將帶來更好的內(nèi)聚性、可讀性，和更小的內(nèi)存占用，從而帶來更好的性能。嘗試在適當(dāng)?shù)倪壿孅c(diǎn)，將過大的方法拆分為合適的小方法。
5.避免使用遞歸
遞歸是一種很好的算法，有切實(shí)的好處和實(shí)際用途，但是遞歸本身具有較高的運(yùn)行成本。如果性能成為問題，可以考慮放棄遞歸，改用循環(huán)。
6.避免濫用異常
拋出異常需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象、獲取堆棧等較重開銷，異常只用來處理錯(cuò)誤，不要刻意用于控制運(yùn)行流程。
7.盡量使用局部變量
調(diào)用方法傳入的參數(shù)、方法創(chuàng)建的臨時(shí)變量等局部變量都存于棧中，訪問時(shí)比存于堆中的靜態(tài)變量、實(shí)例變量要快，而且也會(huì)隨著方法調(diào)用結(jié)束而被快速清理掉。
8.減少對(duì)變量的重復(fù)計(jì)算
調(diào)用方法存在一定成本，如創(chuàng)建棧幀、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等，所以，如果變量只需計(jì)算一次，就可以提前計(jì)算好，不要重復(fù)計(jì)算，減少方法調(diào)用。
9.盡量使用基礎(chǔ)類型
將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在棧，而不是堆上，有利于更快地回收內(nèi)存空間，更快地訪問數(shù)據(jù)。因此，盡量使用基礎(chǔ)類型(如int)，而不是包裝類型(Integer)，有助于降低內(nèi)存消耗，提升性能。
如果可能，盡量使用array，而不是ArrayList。
10.避免使用BigInteger和BigDecimal
BigInteger和BigDecimal提供了更高的計(jì)算精度，但是也會(huì)占用更多的內(nèi)存和CPU，如果允許的話，使用Long和Double作為替代。
11.使用isEmpty檢查String是否為空
String是一個(gè)byte數(shù)組，isEmpty會(huì)判斷數(shù)組的length，很快就能獲得結(jié)果。
12.對(duì)于單字符，使用char類型，而不是String
在處理單個(gè)字符的字符串時(shí)，使用char以獲得更好的性能。
13.使用更輕量級(jí)運(yùn)算
必要時(shí)，乘除運(yùn)算可使用更輕量的位移運(yùn)算替代。
14.避免Random實(shí)例被多線程使用
多線程共用Random實(shí)例時(shí)，容易因競爭seed而性能下降，可以使用ThreadLocalRandom作為替代。
15.使用StringBuilder拼接字符串
使用+號(hào)拼接字符串，可能會(huì)創(chuàng)建過多的字符串對(duì)象。而StringBuffer有同步機(jī)制，性能不及StringBuilder，但要注意StringBuilder是線程不安全的。
在單個(gè)語句中使用+連接長字符串，以提升可讀性，也是可以被編譯器優(yōu)化的。
避免在循環(huán)體中使用+拼接字符串，這樣可能會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建過多的StringBuilder對(duì)象。
16.更好地替換字符串
在Java8及以下版本中，使用Apache Commons StringUtils.replace來替換字符串，比JDK原生的String.replace高效，而更高版本的Java，則使用String.replace會(huì)更好。
17.避免過多if-else語句
在代碼中，尤其是循環(huán)體中過多地使用if-else語句，將迫使JVM比較這些條件，從而消耗性能。如果業(yè)務(wù)邏輯中的判斷條件過多，可嘗試通過分組并計(jì)算boolean結(jié)果，再在if語句中使用它。
18.盡可能復(fù)用已有對(duì)象，而不是隨意創(chuàng)建
創(chuàng)建新對(duì)象有一定的成本，尤其是大量創(chuàng)建的情況下。如果可以，盡量復(fù)用已有對(duì)象，甚至使用單例模式，而不是隨意創(chuàng)建新的對(duì)象，尤其是那些大的對(duì)象。
如果存在較多的重復(fù)字符串，可以考慮創(chuàng)建這些字符串對(duì)象時(shí)使用String.intern方法，將字符串放入常量池，再次創(chuàng)建時(shí)從常量池獲取同一對(duì)象，以減少內(nèi)存占用。
在滿足某些條件時(shí)，才使用的對(duì)象，可以考慮延遲到進(jìn)入條件區(qū)時(shí)再創(chuàng)建，而不是提早創(chuàng)建。
避免在循環(huán)中聲明和創(chuàng)建對(duì)象，創(chuàng)建過多的對(duì)象引用，可以把聲明拿到循環(huán)之前。
19.盡量使用indexOf，而不是split分割字符串
String的split方法中使用了功能更強(qiáng)大的正則表達(dá)式，但正則表達(dá)式的性能并不總是好，使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致回溯問題，使CPU居高不下。所以，除非回溯問題可控，盡量使用indexOf來分割字符串。
在任何時(shí)候使用正則表達(dá)式時(shí)，都要盡量采用獨(dú)占模式，避免使用貪婪模式，避免分支選擇，避免捕獲組的嵌套等，以避免性能問題。
20.選擇合適的集合類型
ArrayList、HashMap不是線程安全的，而Vector、Hashtable是線程安全的同步集合。當(dāng)在多線程環(huán)境下可能需要線程安全的集合，而不需要線程同步時(shí)，盡量使用ArrayList、HashMap，以獲得多倍的性能提升。
ArrayList和LinkedList分別基于數(shù)組和鏈表實(shí)現(xiàn)，兩者的利用迭代器遍歷(含foreach)的性能相當(dāng)，但使用for循環(huán)遍歷時(shí)，ArrayList因?yàn)橛锌焖匐S機(jī)訪問的特性，性能要高于LinkedList。另外，在ArrayList不發(fā)生擴(kuò)容的情況下，在尾部添加刪除元素的性能要略高于LinkedList，而LinkedList在頭部添加元素的性能較ArrayList高。
21.在構(gòu)造時(shí)初始化集合
如果集合內(nèi)元素可在初始化時(shí)確定，則盡量在集合對(duì)象構(gòu)造時(shí)初始化進(jìn)去，而不是先實(shí)例化集合對(duì)象，再一個(gè)一個(gè)將元素添加進(jìn)去。
22.高效使用HashMap
在已知數(shù)據(jù)量的情況下，提前設(shè)置初始容量(數(shù)據(jù)量 ÷ 加載因子)，避免擴(kuò)容開銷。
一般使用默認(rèn)的加載因子(0.75)即可，當(dāng)特別要求充分利用內(nèi)存資源時(shí)，可增大加載因子，而當(dāng)查詢類操作頻繁時(shí)，可考慮縮減加載因子。
23.不要在循環(huán)中獲取集合的大小
如果要遍歷集合，那么就提前獲取集合的長度，而不是在循環(huán)中每次判斷集合的大小。
24.盡量減少集合方法的調(diào)用次數(shù)
集合提供了很多好用的方法，如size()、containsKey()等，如有可能，盡量減少和避免調(diào)用這些方法
25.使用addAll，而不是add
addAll可以筆add擁有每秒更高的操作數(shù)，如果可以，在向ArrayList這種集合添加多個(gè)元素時(shí)，盡量使用addAll批量添加，而不是通過add方法逐個(gè)添加。
26.使用entrySet，而不是keySet
EntrySet 可以在一秒鐘內(nèi)比 KeySet 多運(yùn)行 9000 個(gè)操作，所以在遍歷HashMap時(shí)，盡量使用entrySet，而不是keySet。
27.使用singletonList構(gòu)造單元素集合
使用singletonList生成單元素集合，比用構(gòu)造函數(shù)new一個(gè)更好。
28.使用EnumSet，而不是HashSet
如果Set中存儲(chǔ)的時(shí)枚舉值(Enum)，則最好使用EnumSet，以獲得更好的性能。
29.謹(jǐn)慎使用ArrayList的contains方法
集合大都有一個(gè)contains方法，用于判斷元素是否已存在于集合中。但是，當(dāng)ArrayList、Vector這種集合數(shù)據(jù)量較大時(shí)，此方法在最差情況下將遍歷整個(gè)集合，如果在循環(huán)中使用，將帶來巨大的性能開銷。因此，當(dāng)需要在大型數(shù)據(jù)集中搜索時(shí)，可考慮使用HashMap替代ArrayList。
30.必要時(shí)使用Stream遍歷集合
通常，在數(shù)量量少、循環(huán)次數(shù)較少，以及應(yīng)用在單核運(yùn)行的情況下，常規(guī)迭代遍歷集合的性能較高。如果在多核環(huán)境下，對(duì)大數(shù)據(jù)量集合進(jìn)行迭代，則可以考慮使用由并行機(jī)制的Stream。
31.必要時(shí)使用NIO
傳統(tǒng)I/O類在高并發(fā)、大數(shù)據(jù)場(chǎng)景下容易發(fā)生阻塞，而且數(shù)據(jù)在內(nèi)核空間和用戶空間的復(fù)制也存在性能開銷。一般的場(chǎng)景，可通過Buffer解決阻塞問題，而性能要求更高時(shí)，就需要引入NIO，通過DirectBuffer、Channel、多路復(fù)用等提升性能。
32.必要時(shí)使用高性能通信協(xié)議
通常，在需要高性能的分布式環(huán)境中，應(yīng)用服務(wù)間調(diào)用會(huì)采用RPC通信框架，而RMI這種較早的RPC通信方式因序列化性能差、阻塞式I/O、短連接等弊病導(dǎo)致性能不能滿足需要。為此，可改為使用Dubbo這種在各方面優(yōu)化過的通信協(xié)議，以滿足高并發(fā)、小對(duì)象傳輸需要。
33.必要時(shí)使用序列化框架
Java原生的序列化性能較差，如有必要，可使用Protobuf、FastJson、Kryo等序列化框架進(jìn)行安全、高效地序列化。
34.謹(jǐn)慎使用字符串作為同步對(duì)象
JVM會(huì)緩存字符串對(duì)象，不同地方聲明的String，如果未使用new String，則可能指向同一個(gè)字符串對(duì)象，如果使用它作為同步對(duì)象，則可能產(chǎn)生意想不到的后果。另外，作為一條通用規(guī)則，請(qǐng)盡量保持同步塊內(nèi)的處理量為最低限度，以提升性能。
35.多線程調(diào)優(yōu)技術(shù)
對(duì)于多線程運(yùn)行的代碼，可考慮以下調(diào)優(yōu)方法：
- 在邏輯簡單、運(yùn)算較快的情況下優(yōu)先考慮單線程模式，而耗時(shí)的復(fù)雜計(jì)算則可以考慮多線程并發(fā)
- 降低鎖的粒度，縮小同步塊，分離讀寫鎖，最小化鎖的持有時(shí)間，以減少鎖競爭，提升自旋鎖成功率，降低升級(jí)為重量級(jí)鎖的可能性
- 僅需要保障可見性、有序性時(shí)，可使用開銷較小的volatile關(guān)鍵字，避免上下文切換
- 設(shè)置合理的線程池大小，避免過多線程的上下文切換開銷
- 適時(shí)使用并發(fā)容器類，對(duì)數(shù)據(jù)有強(qiáng)一致性要求時(shí)，可使用Hashtable、Vector等強(qiáng)一致性容器，而讀遠(yuǎn)大于寫時(shí)可使用CopyOnWriteArrayList，當(dāng)數(shù)據(jù)量較小、查詢頻繁時(shí)，可使用ConcurrentHashMap容器類。
36.輸出前檢查日志級(jí)別
在輸出某個(gè)級(jí)別的日志之前，先檢查該級(jí)別是否開啟，以避免額外的計(jì)算。
37.避免將大對(duì)象輸出到日志中
在將對(duì)象輸出到日志時(shí)，僅選取關(guān)鍵的屬性作為輸出，避免將整個(gè)大對(duì)象都序列化輸出。
38.緩存昂貴的資源
創(chuàng)建對(duì)象有性能開銷，有些對(duì)象(如數(shù)據(jù)庫連接)的創(chuàng)建過程尤其耗時(shí)，而有些對(duì)象本身則占用較大資源，將這些對(duì)象緩存起來以便再次使用，而不是隨意創(chuàng)建，將大大提升性能。
如果可以，盡量使用類似Integer.valueOf方法復(fù)用內(nèi)存中已有對(duì)象，而不是用new Integer創(chuàng)建新的對(duì)象，尤其是需要大量這種對(duì)象的時(shí)候。
但是，需要注意，緩存需要額外進(jìn)行管理，如果合算才使用。
39.使用預(yù)編譯的SQL語句
預(yù)編譯語句(PreparedStatement)具有編譯一次而多次使用的特點(diǎn)，比起普通Statement有更好的性能。預(yù)編譯語句也是安全的，可以避免SQL注入。
40.只選取需要的數(shù)據(jù)列，而不是*
SELECT語句中，只返回那些需要的列，可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，帶來更好的性能。
41.使用正確的表聯(lián)接
當(dāng)需要從多個(gè)表關(guān)聯(lián)查詢數(shù)據(jù)時(shí)，注意使用正確的表聯(lián)接方式，并在聯(lián)接字段上建立必要的索引。
42.使用聯(lián)接，而不是子查詢
相對(duì)于聯(lián)接只遍歷一次數(shù)據(jù)，子查詢會(huì)多次遍歷數(shù)據(jù)，比聯(lián)接耗費(fèi)更多的時(shí)間。
43.使用存儲(chǔ)過程，而不是查詢
如果查詢語句過于復(fù)雜而冗長，則考慮改為使用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)過程，以獲得存儲(chǔ)過程預(yù)編譯、較少的數(shù)據(jù)傳遞等帶來的性能。
