JAVA代码编写小技巧与惯例!

转载  【ImportNew】泥瓦匠BYsocket   2020-05-18   211人阅读  0 条评论

前言

程序的性能受到代码质量的直接影响。这次主要介绍一些代码编写的小技巧和惯例。虽然看起来有些是微不足道的编程技巧,却可能为系统性能带来成倍的提升,因此还是值得关注的。


一、慎用异常

在Java开发中,经常使用try-catch进行错误捕获,但是try-catch语句对系统性能而言是非常糟糕的。虽然一次try-catch中,无法察觉到她对性能带来的损失,但是一旦try-catch语句被应用于循环或是遍历体内,就会给系统性能带来极大的伤害。

以下是一段将try-catch应用于循环体内的示例代码:

@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);
}	

上面这段代码运行结果是:   

useTime:10

下面是一段将try-catch移到循环体外的代码,那么性能就提升了将近一半。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);
}

运行结果:

useTime:6

二、使用局部变量

调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈(Stack)中,速度快。其他变量,如静态变量、实例变量等,都在堆(Heap)中创建,速度较慢。

下面是一段使用局部变量进行计算的代码:

@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);
}

运行结果:

useTime:5

将局部变量替换为类的静态变量:  

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);
}

运行结果:   

useTime:94

通过上面两次的运行结果,可以看出来局部变量的访问速度远远高于类成员变量。

三、位运算代替乘除法

在所有的运算中,位运算是最为高效的。因此,可以尝试使用位运算代替部分算术运算,来提高系统的运行速度。最典型的就是对于整数的乘除运算优化。

下面是一段使用算术运算的代码:

@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);
}

运行结果:

useTime:1451

将循环体中的乘除运算改为等价的位运算,代码如下:

@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);
}

运行结果:

useTime:10

上两段代码执行了完全相同的功能,在每次循环中,都将整数乘以2,并除以2。但是运行结果耗时相差非常大,所以位运算的效率还是显而易见的。

四、提取表达式

在软件开发过程中,程序员很容易有意无意地让代码做一些“重复劳动”,在大部分情况下,由于计算机的高速运行,这些“重复劳动”并不会对性能构成太大的威胁,但若希望将系统性能发挥到极致,提取这些“重复劳动”相当有意义。

比如以下代码中进行了两次算术计算:

@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);
}

运行结果:

useTime:21

仔细看能发现,两个计算表达式的后半部分完全相同,这也意味着在每次循环中,相同部分的表达式被重新计算了。

那么改进一下后就变成了下面的样子:

@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);
}

运行结果:

useTime:11

通过运行结果我们可以看出来具体的优化效果。

同理,如果在某循环中需要执行一个耗时操作,而在循环体内,其执行结果总是唯一的,也应该提取到循环体外。

例如下面的代码:

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

应该改进成下面的代码:

//提取复杂,固定结果的业务逻辑处理到循环体外
double p = Math.PI*Math.sin(y);
for(int i=0;i<100000;i++){
    x[i] = p*i;
}

五、使用arrayCopy()

数组复制是一项使用频率很高的功能,JDK中提供了一个高效的API来实现它。

/**
  * @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)

如果在应用程序中需要进行数组复制,应该使用这个函数,而不是自己实现。

下面来举例:   

@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++){
        //进行复制
        System.arraycopy(array,0,arraydest,0,size);
    }
    long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
    System.out.println("useTime:"+useTime);
}

运行结果:

useTime:59

相对应地,如果在程序中,自己实现数组复制,其等价代码如下:

@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);
}

运行结果:

useTime:102

通过运行结果可以看出效果。

因为System.arraycopy()函数是native函数,通常native函数的性能要优于普通函数。仅出于性能考虑,在程序开发时,应尽可能调用native函数。

六、使用Buffer进行I/O操作

除NIO外,使用Java进行I/O操作有两种基本方式;

  • 使用基于InpuStream和OutputStream的方式;

  • 使用Writer和Reader;

无论使用哪种方式进行文件I/O,如果能合理地使用缓冲,就能有效地提高I/O的性能。

InputStream、OutputStream、Writer和Reader配套使用的缓冲组件。

如下图:

使用Buffer进行I/O操作

使用缓冲组件对文件I/O进行包装,可以有效提升文件I/O的性能。

下面是一个直接使用InputStream和OutputStream进行文件读写的代码:

@Test
public void testOutAndInputStream(){
    try {
        DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(new FileOutputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
        long start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<10000;i++){
            dataOutputStream.writeBytes(Objects.toString(i)+"\r\n");
        }
        dataOutputStream.close();
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("写入数据--useTime:"+useTime);
        //开始读取数据
        long startInput = System.currentTimeMillis();
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new FileInputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
        while (dataInputStream.readLine() != null){
        }
        dataInputStream.close();
        long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startInput;
        System.out.println("读取数据--useTimeInput:"+useTimeInput);
    }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

运行结果:

写入数据--useTime:660
读取数据--useTimeInput:274

使用缓冲的代码如下: 

@Test
public void testBufferedStream(){
    try {
        DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(
        new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt")));
        long start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<10000;i++){
            dataOutputStream.writeBytes(Objects.toString(i)+"\r\n");
        }
        dataOutputStream.close();
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("写入数据--useTime:"+useTime);
        //开始读取数据
        long startInput = System.currentTimeMillis();
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(
        new BufferedInputStream(new FileInputStream("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt")));
        while (dataInputStream.readLine() != null){
        }
        dataInputStream.close();
        long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startInput;
        System.out.println("读取数据--useTimeInput:"+useTimeInput);
    }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

运行结果:   

写入数据--useTime:22
读取数据--useTimeInput:12

通过运行结果,我们能很明显的看出来使用缓冲的代码,无论在读取还是写入文件上,性能都有了数量级的提升。

使用Wirter和Reader也有类似的效果。

如下代码:  

@Test
public void testWriterAndReader(){
    try {
        long start = System.currentTimeMillis();
        FileWriter fileWriter = new FileWriter("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt");
        for (int i=0;i<100000;i++){
            fileWriter.write(Objects.toString(i)+"\r\n");
        }
        fileWriter.close();
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("写入数据--useTime:"+useTime);
        //开始读取数据
        long startReader = System.currentTimeMillis();
        FileReader fileReader = new FileReader("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt");
            while (fileReader.read() != -1){
        }
        fileReader.close();
        long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startReader;
        System.out.println("读取数据--useTimeInput:"+useTimeInput);
    }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

运行结果:

写入数据--useTime:221
读取数据--useTimeInput:147

 对应的使用缓冲的代码:   

@Test
public void testBufferedWriterAndReader(){
    try {
        long start = System.currentTimeMillis();
        BufferedWriter fileWriter = new BufferedWriter(
        new FileWriter("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
        for (int i=0;i<100000;i++){
            fileWriter.write(Objects.toString(i)+"\r\n");
        }
        fileWriter.close();
        long useTime = System.currentTimeMillis()-start;
        System.out.println("写入数据--useTime:"+useTime);
        //开始读取数据
        long startReader = System.currentTimeMillis();
        BufferedReader fileReader = new BufferedReader(
        new FileReader("/IdeaProjects/client2/src/test/java/com/client2/cnblogtest/teststream.txt"));
        while (fileReader.read() != -1){
        }
        fileReader.close();
        long useTimeInput = System.currentTimeMillis()-startReader;
        System.out.println("读取数据--useTimeInput:"+useTimeInput);
    }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

运行结果:

写入数据--useTime:157
读取数据--useTimeInput:59

通过运行结果可以看出,使用了缓冲后,无论是FileReader还是FileWriter的性能都有较为明显的提升。

在上面的例子中,由于FileReader和FilerWriter的性能要优于直接使用FileInputStream和FileOutputStream所以循环次数增加了10倍。

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