Java性能優(yōu)化技巧集錦
可供程序利用的資源是有限的，優(yōu)化的目的就是讓程序用盡可能少的資源完成預(yù)定的任務(wù)。
可供程序利用的資源（內(nèi)存、CPU時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）是有限的，優(yōu)化的目的就是讓程序用盡可能少的資源完成預(yù)定的任務(wù)。優(yōu)化通常包含兩方面的內(nèi)容：減小代碼的體積，提高代碼的運(yùn)行效率。本文討論的主要是如何提高代碼的效率。
一、通用篇
“通用篇”討論的問(wèn)題適合于大多數(shù)Java應(yīng)用。
1.1 不用new關(guān)鍵詞創(chuàng)建類的實(shí)例
用new關(guān)鍵詞創(chuàng)建類的實(shí)例時(shí)，構(gòu)造函數(shù)鏈中的所有構(gòu)造函數(shù)都會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。但如果一個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，我們可以調(diào)用它的clone()方法。clone()方法不會(huì)調(diào)用任何類構(gòu)造函數(shù)。
在使用設(shè)計(jì)模式（Design Pattern）的場(chǎng)合，如果用Factory模式創(chuàng)建對(duì)象，則改用clone()方法創(chuàng)建新的對(duì)象實(shí)例非常簡(jiǎn)單。例如，下面是Factory模式的一個(gè)典型實(shí)現(xiàn)：
public static Credit getNewCredit()
{
return new Credit();
}
改進(jìn)后的代碼使用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(duì)于數(shù)組處理同樣很有用。
1.2 使用非阻塞I/O
版本較低的JDK不支持非阻塞I/O API。為避免I/O阻塞，一些應(yīng)用采用了創(chuàng)建大量線程的辦法（在較好的情況下，會(huì)使用一個(gè)緩沖池）。這種技術(shù)可以在許多必須支持并發(fā)I/O流的應(yīng)用中見(jiàn)到，如Web服務(wù)器、報(bào)價(jià)和拍賣應(yīng)用等。然而，創(chuàng)建Java線程需要相當(dāng)可觀的開(kāi)銷。
JDK 1.4引入了非阻塞的I/O庫(kù)（java.nio）。如果應(yīng)用要求使用版本較早的JDK，在這里有一個(gè)支持非阻塞I/O的軟件包。
1.3 慎用異常
異常對(duì)性能不利。拋出異常首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。Throwable接口的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用名為fillInStackTrace()的本地（Native）方法，fillInStackTrace()方法檢查堆棧，收集調(diào)用跟蹤信息。只要有異常被拋出，VM就必須調(diào)整調(diào)用堆棧，因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象。
異常只能用于錯(cuò)誤處理，不應(yīng)該用來(lái)控制程序流程。
1.4 不要重復(fù)初始化變量
默認(rèn)情況下，調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)時(shí)， Java會(huì)把變量初始化成確定的值：所有的對(duì)象被設(shè)置成null，整數(shù)變量（byte、short、int、long）設(shè)置成0，float和double變量設(shè)置成0.0，邏輯值設(shè)置成false。當(dāng)一個(gè)類從另一個(gè)類派生時(shí)，這一點(diǎn)尤其應(yīng)該注意，因?yàn)橛胣ew關(guān)鍵詞創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，構(gòu)造函數(shù)鏈中的所有構(gòu)造函數(shù)都會(huì)被自動(dòng)調(diào)用。
1.5 盡量指定類的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(yīng)用final的例子，例如java.lang.String。為String類指定final防止了人們覆蓋length()方法。
另外，如果指定一個(gè)類為final，則該類所有的方法都是final。Java編譯器會(huì)尋找機(jī)會(huì)內(nèi)聯(lián)（inline）所有的final方法（這和具體的編譯器實(shí)現(xiàn)有關(guān)）。此舉能夠使性能平均提高50%。
1.6 盡量使用局部變量
調(diào)用方法時(shí)傳遞的參數(shù)以及在調(diào)用中創(chuàng)建的臨時(shí)變量都保存在棧（Stack）中，速度較快。其他變量，如靜態(tài)變量、實(shí)例變量等，都在堆（Heap）中創(chuàng)建，速度較慢。另外，依賴于具體的編譯器/JVM，局部變量還可能得到進(jìn)一步優(yōu)化。請(qǐng)參見(jiàn)《盡可能使用堆棧變量》。
1.7 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。下面是修改后的代碼：
for (val = 0; val < 100000; val += 5)
{
alterX = val << 3;
myResult = val << 1;
}
修改后的代碼不再做乘以8的操作，而是改用等價(jià)的左移3位操作，每左移1位相當(dāng)于乘以2。相應(yīng)地，右移1位操作相當(dāng)于除以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于理解，所以最好加上一些注釋。
二、J2EE篇
前面介紹的改善性能技巧適合于大多數(shù)Java應(yīng)用，接下來(lái)要討論的問(wèn)題適合于使用JSP、EJB或JDBC的應(yīng)用。
2.1 使用緩沖標(biāo)記
一些應(yīng)用服務(wù)器加入了面向JSP的緩沖標(biāo)記功能。例如，BEA的WebLogic Server從6.0版本開(kāi)始支持這個(gè)功能，Open Symphony工程也同樣支持這個(gè)功能。JSP緩沖標(biāo)記既能夠緩沖頁(yè)面片斷，也能夠緩沖整個(gè)頁(yè)面。當(dāng)JSP頁(yè)面執(zhí)行時(shí)，如果目標(biāo)片斷已經(jīng)在緩沖之中，則生成該片斷的代碼就不用再執(zhí)行。頁(yè)面級(jí)緩沖捕獲對(duì)指定URL的請(qǐng)求，并緩沖整個(gè)結(jié)果頁(yè)面。對(duì)于購(gòu)物籃、目錄以及門戶網(wǎng)站的主頁(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)功能極其有用。對(duì)于這類應(yīng)用，頁(yè)面級(jí)緩沖能夠保存頁(yè)面執(zhí)行的結(jié)果，供后繼請(qǐng)求使用。
對(duì)于代碼邏輯復(fù)雜的頁(yè)面，利用緩沖標(biāo)記提高性能的效果比較明顯；反之，效果可能略遜一籌。
2.2 始終通過(guò)會(huì)話Bean訪問(wèn)實(shí)體Bean
直接訪問(wèn)實(shí)體Bean不利于性能。當(dāng)客戶程序遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)體Bean時(shí)，每一個(gè)get方法都是一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用。訪問(wèn)實(shí)體Bean的會(huì)話Bean是本地的，能夠把所有數(shù)據(jù)組織成一個(gè)結(jié)構(gòu)，然后返回它的值。
用會(huì)話Bean封裝對(duì)實(shí)體Bean的訪問(wèn)能夠改進(jìn)事務(wù)管理，因?yàn)闀?huì)話Bean只有在到達(dá)事務(wù)邊界時(shí)才會(huì)提交。每一個(gè)對(duì)get方法的直接調(diào)用產(chǎn)生一個(gè)事務(wù)，容器將在每一個(gè)實(shí)體Bean的事務(wù)之后執(zhí)行一個(gè)“裝入-讀取”操作。
一些時(shí)候，使用實(shí)體Bean會(huì)導(dǎo)致程序性能不佳。如果實(shí)體Bean的唯一用途就是提取和更新數(shù)據(jù)，改成在會(huì)話Bean之內(nèi)利用JDBC訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)可以得到更好的性能。
2.3 選擇合適的引用機(jī)制
在典型的JSP應(yīng)用系統(tǒng)中，頁(yè)頭、頁(yè)腳部分往往被抽取出來(lái)，然后根據(jù)需要引入頁(yè)頭、頁(yè)腳。當(dāng)前，在JSP頁(yè)面中引入外部資源的方法主要有兩種：include指令，以及include動(dòng)作。
include指令：例如<%@ include file="copyright.html" %>。該指令在編譯時(shí)引入指定的資源。在編譯之前，帶有include指令的頁(yè)面和指定的資源被合并成一個(gè)文件。被引用的外部資源在編譯時(shí)就確定，比運(yùn)行時(shí)才確定資源更高效。
include動(dòng)作：例如
。該動(dòng)作引入指定頁(yè)面執(zhí)行后生成的結(jié)果。由于它在運(yùn)行時(shí)完成，因此對(duì)輸出結(jié)果的控制更加靈活。但時(shí)，只有當(dāng)被引用的內(nèi)容頻繁地改變時(shí)，或者在對(duì)主頁(yè)面的請(qǐng)求沒(méi)有出現(xiàn)之前，被引用的頁(yè)面無(wú)法確定時(shí)，使用include動(dòng)作才合算。
2.4 在部署描述器中設(shè)置只讀屬性
實(shí)體Bean的部署描述器允許把所有g(shù)et方法設(shè)置成“只讀”。當(dāng)某個(gè)事務(wù)單元的工作只包含執(zhí)行讀取操作的方法時(shí)，設(shè)置只讀屬性有利于提高性能，因?yàn)槿萜鞑槐卦賵?zhí)行存儲(chǔ)操作。
2.5 緩沖對(duì)EJB Home的訪問(wèn)
EJB Home接口通過(guò)JNDI名稱查找獲得。這個(gè)操作需要相當(dāng)可觀的開(kāi)銷。JNDI查找最好放入Servlet的init()方法里面。如果應(yīng)用中多處頻繁地出現(xiàn)EJB訪問(wèn)，最好創(chuàng)建一個(gè)EJBHomeCache類。EJBHomeCache類一般應(yīng)該作為singleton實(shí)現(xiàn)。
2.6 為EJB實(shí)現(xiàn)本地接口
本地接口是EJB 2.0規(guī)范新增的內(nèi)容，它使得Bean能夠避免遠(yuǎn)程調(diào)用的開(kāi)銷。請(qǐng)考慮下面的代碼。
PayBeanHome home = (PayBeanHome) javax.rmi.PortableRemoteObject.narrow (ctx.lookup ("PayBeanHome"), PayBeanHome.class);
PayBean bean = (PayBean) javax.rmi.PortableRemoteObject.narrow (home.create(), PayBean.class);
第一個(gè)語(yǔ)句表示我們要尋找Bean的Home接口。這個(gè)查找通過(guò)JNDI進(jìn)行，它是一個(gè)RMI調(diào)用。然后，我們定位遠(yuǎn)程對(duì)象，返回代理引用，這也是一個(gè)RMI調(diào)用。第二個(gè)語(yǔ)句示范了如何創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，涉及了創(chuàng)建IIOP請(qǐng)求并在網(wǎng)絡(luò)上傳輸請(qǐng)求的stub程序，它也是一個(gè)RMI調(diào)用。
要實(shí)現(xiàn)本地接口，我們必須作如下修改：
方法不能再拋出java.rmi.RemoteException異常，包括從RemoteException派生的異常，比如TransactionRequiredException、TransactionRolledBackException和NoSuchObjectException。EJB提供了等價(jià)的本地異常，如TransactionRequiredLocalException、TransactionRolledBackLocalException和NoSuchObjectLocalException。
所有數(shù)據(jù)和返回值都通過(guò)引用的方式傳遞，而不是傳遞值。
本地接口必須在EJB部署的機(jī)器上使用。簡(jiǎn)而言之，客戶程序和提供服務(wù)的組件必須在同一個(gè)JVM上運(yùn)行。
如果Bean實(shí)現(xiàn)了本地接口，則其引用不可串行化。
2.7 生成主鍵
在EJB之內(nèi)生成主鍵有許多途徑，下面分析了幾種常見(jiàn)的辦法以及它們的特點(diǎn)。
利用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)建的標(biāo)識(shí)機(jī)制（SQL Server的IDENTITY或Oracle的SEQUENCE）。這種方法的缺點(diǎn)是EJB可移植性差。
由實(shí)體Bean自己計(jì)算主鍵值（比如做增量操作）。它的缺點(diǎn)是要求事務(wù)可串行化，而且速度也較慢。
利用NTP之類的時(shí)鐘服務(wù)。這要求有面向特定平臺(tái)的本地代碼，從而把Bean固定到了特定的OS之上。另外，它還導(dǎo)致了這樣一種可能，即在多CPU的服務(wù)器上，同一個(gè)毫秒之內(nèi)生成了兩個(gè)主鍵。
借鑒Microsoft的思路，在Bean中創(chuàng)建一個(gè)GUID。然而，如果不求助于JNI，Java不能確定網(wǎng)卡的MAC地址；如果使用JNI，則程序就要依賴于特定的OS。
還有其他幾種辦法，但這些辦法同樣都有各自的局限。似乎只有一個(gè)答案比較理想：結(jié)合運(yùn)用RMI和JNDI。先通過(guò)RMI注冊(cè)把RMI遠(yuǎn)程對(duì)象綁定到JNDI樹(shù)。客戶程序通過(guò)JNDI進(jìn)行查找。下面是一個(gè)例子：
public class keyGenerator extends UnicastRemoteObject implements Remote
{
private static long Keyvalue = System.currentTimeMillis();
public static synchronized long getKey() throws RemoteException { return Keyvalue++; }
2.8 及時(shí)清除不再需要的會(huì)話
為了清除不再活動(dòng)的會(huì)話，許多應(yīng)用服務(wù)器都有默認(rèn)的會(huì)話超時(shí)時(shí)間，一般為30分鐘。當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器需要保存更多會(huì)話時(shí)，如果內(nèi)存容量不足，操作系統(tǒng)會(huì)把部分內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到磁盤，應(yīng)用服務(wù)器也可能根據(jù)“最近最頻繁使用”（Most Recently Used）算法把部分不活躍的會(huì)話轉(zhuǎn)儲(chǔ)到磁盤，甚至可能拋出“內(nèi)存不足”異常。在大規(guī)模系統(tǒng)中，串行化會(huì)話的代價(jià)是很昂貴的。當(dāng)會(huì)話不再需要時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)用HttpSession.invalidate()方法清除會(huì)話。HttpSession.invalidate()方法通常可以在應(yīng)用的退出頁(yè)面調(diào)用。
2.9 在JSP頁(yè)面中關(guān)閉無(wú)用的會(huì)話
對(duì)于那些無(wú)需跟蹤會(huì)話狀態(tài)的頁(yè)面，關(guān)閉自動(dòng)創(chuàng)建的會(huì)話可以節(jié)省一些資源。使用如下page指令：
＜%@ page session="false"%＞
2.10 Servlet與內(nèi)存使用
許多開(kāi)發(fā)者隨意地把大量信息保存到用戶會(huì)話之中。一些時(shí)候，保存在會(huì)話中的對(duì)象沒(méi)有及時(shí)地被垃圾回收機(jī)制回收。從性能上看，典型的癥狀是用戶感到系統(tǒng)周期性地變慢，卻又不能把原因歸于任何一個(gè)具體的組件。如果監(jiān)視JVM的堆空間，它的表現(xiàn)是內(nèi)存占用不正常地大起大落。
解決這類內(nèi)存問(wèn)題主要有二種辦法。第一種辦法是，在所有作用范圍為會(huì)話的Bean中實(shí)現(xiàn)HttpSessionBindingListener接口。這樣，只要實(shí)現(xiàn)valueUnbound()方法，就可以顯式地釋放Bean使用的資源。
另外一種辦法就是盡快地把會(huì)話作廢。大多數(shù)應(yīng)用服務(wù)器都有設(shè)置會(huì)話作廢間隔時(shí)間的選項(xiàng)。另外，也可以用編程的方式調(diào)用會(huì)話的setMaxInactiveInterval()方法，該方法用來(lái)設(shè)定在作廢會(huì)話之前，Servlet容器允許的客戶請(qǐng)求的最大間隔時(shí)間，以秒計(jì)。
2.11 HTTP Keep-Alive
Keep-Alive功能使客戶端到服務(wù)器端的連接持續(xù)有效，當(dāng)出現(xiàn)對(duì)服務(wù)器的后繼請(qǐng)求時(shí)，Keep-Alive功能避免了建立或者重新建立連接。市場(chǎng)上的大部分Web服務(wù)器，包括iPlanet、IIS和Apache，都支持HTTP Keep-Alive。對(duì)于提供靜態(tài)內(nèi)容的網(wǎng)站來(lái)說(shuō)，這個(gè)功能通常很有用。但是，對(duì)于負(fù)擔(dān)較重的網(wǎng)站來(lái)說(shuō)，這里存在另外一個(gè)問(wèn)題：雖然為客戶保留打開(kāi)的連接有一定的好處，但它同樣影響了性能，因?yàn)樵谔幚頃和Ｆ陂g，本來(lái)可以釋放的資源仍舊被占用。當(dāng)Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行時(shí)，Keep-Alive功能對(duì)資源利用的影響尤其突出。
2.12 JDBC與Unicode
想必你已經(jīng)了解一些使用JDBC時(shí)提高性能的措施，比如利用連接池、正確地選擇存儲(chǔ)過(guò)程和直接執(zhí)行的SQL、從結(jié)果集刪除多余的列、預(yù)先編譯SQL語(yǔ)句，等等。
除了這些顯而易見(jiàn)的選擇之外，另一個(gè)提高性能的好選擇可能就是把所有的字符數(shù)據(jù)都保存為Unicode（代碼頁(yè)13488）。Java以Unicode形式處理所有數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序不必再執(zhí)行轉(zhuǎn)換過(guò)程。但應(yīng)該記住：如果采用這種方式，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)變得更大，因?yàn)槊總€(gè)Unicode字符需要2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間。另外，如果有其他非Unicode的程序訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，性能問(wèn)題仍舊會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)檫@時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序仍舊必須執(zhí)行轉(zhuǎn)換過(guò)程。
2.13 JDBC與I/O
如果應(yīng)用程序需要訪問(wèn)一個(gè)規(guī)模很大的數(shù)據(jù)集，則應(yīng)當(dāng)考慮使用塊提取方式。默認(rèn)情況下，JDBC每次提取32行數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)我們要遍歷一個(gè)5000行的記錄集，JDBC必須調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)157次才能提取到全部數(shù)據(jù)。如果把塊大小改成512，則調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的次數(shù)將減少到10次。
在一些情形下這種技術(shù)無(wú)效。例如，如果使用可滾動(dòng)的記錄集，或者在查詢中指定了FOR UPDATE，則塊操作方式不再有效。
1.14 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)
許多應(yīng)用需要以用戶為單位在會(huì)話對(duì)象中保存相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)，典型的應(yīng)用如購(gòu)物籃和目錄等。由于這類數(shù)據(jù)可以按照行/列的形式組織，因此，許多應(yīng)用創(chuàng)建了龐大的Vector或HashMap。在會(huì)話中保存這類數(shù)據(jù)極大地限制了應(yīng)用的可伸縮性，因?yàn)榉?wù)器擁有的內(nèi)存至少必須達(dá)到每個(gè)會(huì)話占用的內(nèi)存數(shù)量乘以并發(fā)用戶最大數(shù)量，它不僅使服務(wù)器價(jià)格昂貴，而且垃圾收集的時(shí)間間隔也可能延長(zhǎng)到難以忍受的程度。
一些人把購(gòu)物籃/目錄功能轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫(kù)層，在一定程度上提高了可伸縮性。然而，把這部分功能放到數(shù)據(jù)庫(kù)層也存在問(wèn)題，且問(wèn)題的根源與大多數(shù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行時(shí)的重要原則之一是確保所有的寫入操作穩(wěn)定、可靠，因而，所有的性能問(wèn)題都與物理上把數(shù)據(jù)寫入磁盤的能力有關(guān)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)力圖減少I/O操作，特別是對(duì)于讀操作，但實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的主要途徑只是執(zhí)行一套實(shí)現(xiàn)緩沖機(jī)制的復(fù)雜算法，而這正是數(shù)據(jù)庫(kù)層第一號(hào)性能瓶頸通常總是CPU的主要原因。
一種替代傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的方案是，使用在內(nèi)存中運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)（In-memory Database），例如TimesTen。內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的出發(fā)點(diǎn)是允許數(shù)據(jù)臨時(shí)地寫入，但這些數(shù)據(jù)不必永久地保存到磁盤上，所有的操作都在內(nèi)存中進(jìn)行。這樣，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)不需要復(fù)雜的算法來(lái)減少I/O操作，而且可以采用比較簡(jiǎn)單的加鎖機(jī)制，因而速度很快。
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posted on 2007-05-24 10:58
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