軟件性能優(yōu)化之代碼優(yōu)化

張敬

摘 要程序編碼在整個軟件生命周期中是將軟件設(shè)計的結(jié)果轉(zhuǎn)換成計算機可運行的程序代碼的過程，也可以說是程序的內(nèi)在本質(zhì)。在實際項目中，代碼優(yōu)化至關(guān)重要。本文就是從代碼優(yōu)化的角度，介紹了一些優(yōu)化Java代碼的建議，包括盡量重用對象，使用局部變量等，還利用一些實例來說明和解釋優(yōu)化方法的有效性，可以使軟件性能得到提升，提高軟件的運行速度，減少運行時占用的內(nèi)存。

【關(guān)鍵詞】軟件性能 代碼優(yōu)化 Java

1 前言

當(dāng)今的軟件功能越來越復(fù)雜，需求也越來越多，隨之而來對軟件性能上的要求有時候是硬件不能完全解決的。很多實際的項目證明，如果在開發(fā)軟件時不注意軟件性能的優(yōu)化，雖然可能實現(xiàn)了要求的功能，但是也可能不會給用戶帶來很好的效益。因此，軟件的性能優(yōu)化一直是計算機開發(fā)過程中需要注意的問題，而代碼優(yōu)化是性能優(yōu)化其中重要的一個方面。一個優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)應(yīng)該有一個優(yōu)化的代碼結(jié)構(gòu)。代碼優(yōu)化的目的是減小代碼體積，提高代碼運行的效率。但是可能有些人覺得沒用，改與不改對于代碼的運行效率有什么影響呢？如果項目著眼于盡快無BUG上線，那么此時代碼的細節(jié)可以不精打細磨；但是如果有足夠的時間開發(fā)、維護代碼，這時候就必須考慮每個可以優(yōu)化的細節(jié)了，一個一個細小的優(yōu)化點累積起來，對于代碼的運行效率絕對大有提升。

2 軟件性能的代碼優(yōu)化

2.1 軟件性能

軟件性能是軟件的一種非功能特性，它關(guān)注的不是軟件是否能夠完成特定的功能，而是在完成該功能時展示出來的及時性，是指一個軟件系統(tǒng)正確提供其服務(wù)的能力和效率，是軟件對用戶請求響應(yīng)速度在響應(yīng)時間、吞吐量、資源利用率和可用性等方面的度量。

2.2 代碼優(yōu)化

代碼優(yōu)化是指對程序代碼進行等價變換。等價的含義是使得變換后的代碼運行結(jié)果與變換前代碼運行結(jié)果相同。優(yōu)化的含義是最終生成的代碼短，時空效率優(yōu)化。優(yōu)化可以在編譯的各個階段進行，目標(biāo)是能生成更加高效的目標(biāo)代碼。

2.3 代碼優(yōu)化方法及實例應(yīng)用

2.3.1 盡量重用對象和盡可能使用局部變量

當(dāng)使用String對象時，出現(xiàn)字符串連接時應(yīng)該使用StringBuilder或StringBuffer代替。由于Java虛擬機不僅要花時間生成對象，以后可能還需要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。調(diào)用方法時傳遞的參數(shù)以及在調(diào)用中創(chuàng)建的臨時變量都保存在棧中，因此速度較快，但是其他變量，如靜態(tài)變量、實例變量等，都在堆中創(chuàng)建，速度較慢。另外，棧中創(chuàng)建的變量，隨著方法的運行結(jié)束，不需要額外的垃圾回收；而在堆中創(chuàng)建的變量，需要進行額外回收。

2.3.2 盡量減少對變量的重復(fù)計算

在循環(huán)計算中，即使只有一條語句，對系統(tǒng)也是有消耗的，所以for循環(huán)中循環(huán)的大小可以在第一次進入循環(huán)時就聲明 ，不必每次循環(huán)都計算一遍。例如：

for （int i = 0； i < list.size（）； i++）

{...}

建議替換為：

for （int i = 0， int length = list.size（）； i < length； i++）

{...}

這樣在list.size（）很大的時候，就減少了很多消耗。

2.3.3 盡量采用“懶加載”的策略，即在需要的時候才創(chuàng)建

舉個例子說明，就是：

String str = "aaa"；

if （i == 1）

{list.add（str）；}

建議替換為：

if （i == 1）{String str = "aaa"；list.add（str）；}

2.3.4 循環(huán)內(nèi)不要不斷創(chuàng)建對象引用

for （int i = 1； i <= count； i++）

{Object obj = new Object（）；}

這種做法會導(dǎo)致內(nèi)存中有count個Object對象引用存在，count很大的時候，很耗費內(nèi)存，建議更改為：

Object obj = null；

for （int i = 0； i <= count； i++）

{ obj = new Object（）； }

修改以后，內(nèi)存中只有一份Object對象引用。每次new新的Object（）對象的時候，Object對象引用指向不同的Object，但是內(nèi)存中只有一份，這樣就大大節(jié)省了內(nèi)存空間。

2.3.5 使用帶緩沖的輸入輸出流進行I/O操作，并且及時關(guān)閉輸入輸出流

帶緩沖的輸入輸出流，即BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream，這可以極大地提升I/O效率。同時在Java編程過程中，進行數(shù)據(jù)庫連接、I/O流操作時，務(wù)必在使用完畢后及時關(guān)閉輸入輸出流，以釋放資源。因為對這些大對象的操作會造成大的開銷，不注意的話，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

2.3.6 不讓public方法中有太多的形參

public方法即對外提供的方法，如果給這些方法太多形參的話主要有兩點壞處：

a.違反了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，Java講求一切都是對象，太多的形參，和面向?qū)ο蟮木幊趟枷氩⒉黄鹾希?/p>

b.參數(shù)太多勢必導(dǎo)致方法調(diào)用的出錯概率增加。

比如我們用JDBC寫一個insertInfo方法，有9個信息字段要插如Person表中，可以把這9個參數(shù)封裝在一個實體類中，作為insertInfo方法的形參，而不是把這9個信息字段作為該方法的形參。。

2.3.7 字符串變量和字符串常量equals的時候?qū)⒆址Ａ繉懺谇懊?/p>

這是一個比較常見的小技巧。如果有以下代碼：

String str = "678"；

if （str.equals（"678"）） {...

}

建議修改為：

String str = "678"；

if （"678".equals（str））

{...}

這么做主要是可以避免空指針異常。

2.3.8 基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為字符串，數(shù)據(jù).toString（）是最快的方式、String.valueOf（數(shù)據(jù)）次之、數(shù)據(jù)+””最慢

把基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為字符串有三種方式：一個Integer型數(shù)據(jù)i，可以使用i.toString（）、String.valueOf（i）、i+”"三種方式，三種方式的效率，可以從這段代碼得到體現(xiàn)：

public static void main（String[] args）{

int loopTime = 50000；

Integer i = 0； long startTime = System.currentTimeMillis（）； for （int j = 0； j < loopTime； j++）

{String str = String.valueOf（i）；}

System.out.println（"String.valueOf（）：" + （System.currentTimeMillis（） - startTime） + "ms"）；

startTime = System.currentTimeMillis（）； for （int j = 0； j < loopTime； j++）

{String str = i.toString（）；}

System.out.println（"Integer.toString（）：" + （System.currentTimeMillis（） - startTime） + "ms"）；

startTime = System.currentTimeMillis（）； for （int j = 0； j < loopTime； j++）

{String str = i + ""；}

System.out.println（"i + ＼"＼"：" + （System.currentTimeMillis（） - startTime） + "ms"）；}

運行結(jié)果為：

String.valueOf（）：11ms Integer.toString（）：5ms i + ""：25ms

所以以后遇到把一個基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為String的時候，優(yōu)先考慮使用toString（）方法。原因是：

（1）String.valueOf（）方法底層調(diào)用了Integer.toString（）方法，但是會在調(diào)用前做空判斷；

（2）Integer.toString（）方法是直接調(diào)用；

（3）i + “”底層使用了StringBuilder實現(xiàn)，先用append方法拼接，再用toString（）方法獲取字符串。

三者對比下來，明顯是（2）最快、（1）次之、（3）最慢。

3 結(jié)束語

第二節(jié)介紹了八種優(yōu)化Java代碼的方法和實例，分析了進行優(yōu)化的方法，可以提高所編寫程序的性能，并增強代碼的可讀性和可擴展性。在具體的項目實踐中，這八種是最常用的方法，我們可以為具體的應(yīng)用程序在其中找到改善軟件性能的方法，進而提高用戶體驗，獲得更大的效益。

參考文獻

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[4]柳飛，陸明剛.Charlie Hunt，Binu John. Java性能優(yōu)化權(quán)威指南[M].北京：人民郵電出版社，2014.

作者單位

中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東省青島市 266100