內(nèi)容: (來(lái)源：java編程思想) “本附錄由Joe Sharp投稿，并獲得他的同意在這兒轉(zhuǎn)載。請(qǐng)聯(lián)系[email protected]語(yǔ)言特別強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確性，但可靠的行為要以性能作為代價(jià)。這一特點(diǎn)反映在自動(dòng)收集垃圾、嚴(yán)格的運(yùn)行期檢查、完整的字節(jié)碼檢查以及保守的運(yùn)行期同步等等方面。對(duì)一個(gè)解釋型的虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，由于目前有大量平臺(tái)可供挑選，所以進(jìn)一步阻礙了性能的發(fā)揮。“先做完它，再逐步完善。幸好需要改進(jìn)的地方通常不會(huì)太多。（Steve McConnell的《About performance》[16]）本附錄的宗旨就是指導(dǎo)大家尋找和優(yōu)化“需要完善的那一部分。D.1 基本方法只有正確和完整地檢測(cè)了程序后，再可著手解決性能方面的問(wèn)題：(1) 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中檢測(cè)程序的性能。若符合要求，則目標(biāo)達(dá)到。若不符合，則轉(zhuǎn)到下一步。(2) 尋找最致命的性能瓶頸。這也許要求一定的技巧，但所有努力都不會(huì)白費(fèi)。如簡(jiǎn)單地猜測(cè)瓶頸所在，并試圖進(jìn)行優(yōu)化，那么可能是白花時(shí)間。(3) 運(yùn)用本附錄介紹的提速技術(shù)，然后返回步驟1。為使努力不至白費(fèi)，瓶頸的定位是至關(guān)重要的一環(huán)。Donald Knuth[9]曾改進(jìn)過(guò)一個(gè)程序，那個(gè)程序把50％的時(shí)間都花在約4％的代碼量上。在僅一個(gè)工作小時(shí)里，他修改了幾行代碼，使程序的執(zhí)行速度倍增。此時(shí)，若將時(shí)間繼續(xù)投入到剩余代碼的修改上，那么只會(huì)得不償失。Knuth在編程界有一句名言：“過(guò)早的優(yōu)化是一切麻煩的根源（Premature optimization is the root of all evil）。最明智的做法是抑制過(guò)早優(yōu)化的沖動(dòng)，因?yàn)槟菢幼隹赡苓z漏多種有用的編程技術(shù)，造成代碼更難理解和操控，并需更大的精力進(jìn)行維護(hù)。D.2 尋找瓶頸為找出最影響程序性能的瓶頸，可采取下述幾種方法：D.2.1 安插自己的測(cè)試代碼插入下述“顯式計(jì)時(shí)代碼，對(duì)程序進(jìn)行評(píng)測(cè)：long start = System.currentTimeMillis();// 要計(jì)時(shí)的運(yùn)算代碼放在這兒long time = System.currentTimeMillis() - start;利用System.out.println()，讓一種不常用到的方法將累積時(shí)間打印到控制臺(tái)窗口。由于一旦出錯(cuò)，編譯器會(huì)將其忽略，所以可用一個(gè)“靜態(tài)最終布爾值（Static final boolean）打開或關(guān)閉計(jì)時(shí)，使代碼能放心留在最終發(fā)行的程序里，這樣任何時(shí)候都可以拿來(lái)應(yīng)急。盡管還可以選用更復(fù)雜的評(píng)測(cè)手段，但若僅僅為了量度一個(gè)特定任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，這無(wú)疑是最簡(jiǎn)便的方法。System.currentTimeMillis()返回的時(shí)間以千分之一秒（1毫秒）為單位。然而，有些系統(tǒng)的時(shí)間精度低于1毫秒（如Windows PC），所以需要重復(fù)n次，再將總時(shí)間除以n，獲得準(zhǔn)確的時(shí)間。D.2.2 JDK性能評(píng)測(cè)[2]JDK配套提供了一個(gè)內(nèi)建的評(píng)測(cè)程序，能跟蹤花在每個(gè)例程上的時(shí)間，并將評(píng)測(cè)結(jié)果寫入一個(gè)文件。不幸的是，JDK評(píng)測(cè)器并不穩(wěn)定。它在JDK 1.1.1中能正常工作，但在后續(xù)版本中卻非常不穩(wěn)定。為運(yùn)行評(píng)測(cè)程序，請(qǐng)?jiān)谡{(diào)用Java解釋器的未優(yōu)化版本時(shí)加上-prof選項(xiàng)。例如：java_g -prof myClass或加上一個(gè)程序片（Applet）：java_g -prof sun.applet.AppletViewer applet.html理解評(píng)測(cè)程序的輸出信息并不容易。事實(shí)上，在JDK 1.0中，它居然將方法名稱截短為30字符。所以可能無(wú)法區(qū)分出某些方法。然而，若您用的平臺(tái)確實(shí)能支持-prof選項(xiàng)，那么可試試Vladimir Bulatov的“HyperPorf[3]或者Greg White的“ProfileViewer來(lái)解釋一下結(jié)果。D.2.3 特殊工具如果想隨時(shí)跟上性能優(yōu)化工具的潮流，最好的方法就是作一些Web站點(diǎn)的常客。比如由Jonathan Hardwick制作的“Tools for Optimizing Java（Java優(yōu)化工具）網(wǎng)站：http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/tools.htmlD.2.4 性能評(píng)測(cè)的技巧■由于評(píng)測(cè)時(shí)要用到系統(tǒng)時(shí)鐘，所以當(dāng)時(shí)不要運(yùn)行其他任何進(jìn)程或應(yīng)用程序，以免影響測(cè)試結(jié)果。■如對(duì)自己的程序進(jìn)行了修改，并試圖（至少在開發(fā)平臺(tái)上）改善它的性能，那么在修改前后應(yīng)分別測(cè)試一下代碼的執(zhí)行時(shí)間。■盡量在完全一致的環(huán)境中進(jìn)行每一次時(shí)間測(cè)試。■如果可能，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)不依賴任何用戶輸入的測(cè)試，避免用戶的不同反應(yīng)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差。D.3 提速方法現(xiàn)在，關(guān)鍵的性能瓶頸應(yīng)已隔離出來(lái)。接下來(lái)，可對(duì)其應(yīng)用兩種類型的優(yōu)化：常規(guī)手段以及依賴Java語(yǔ)言。D.3.1 常規(guī)手段通常，一個(gè)有效的提速方法是用更現(xiàn)實(shí)的方式重新定義程序。例如，在《Programming Pearls》（編程拾貝）一書中[14]，Bentley利用了一段小說(shuō)數(shù)據(jù)描寫，它可以生成速度非常快、而且非常精簡(jiǎn)的拼寫檢查器，從而介紹了Doug McIlroy對(duì)英語(yǔ)語(yǔ)言的表述。除此以外，與其他方法相比，更好的算法也許能帶來(lái)更大的性能提升——特別是在數(shù)據(jù)集的尺寸越來(lái)越大的時(shí)候。欲了解這些常規(guī)手段的詳情，請(qǐng)參考本附錄末尾的“一般書籍清單。D.3.2 依賴語(yǔ)言的方法為進(jìn)行客觀的分析，最好明確掌握各種運(yùn)算的執(zhí)行時(shí)間。這樣一來(lái)，得到的結(jié)果可獨(dú)立于當(dāng)前使用的計(jì)算機(jī)——通過(guò)除以花在本地賦值上的時(shí)間，最后得到的就是“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。運(yùn)算 示例 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間本地賦值 i=n; 1.0實(shí)例賦值 this.i=n; 1.2int增值 i++; 1.5byte增值 b++; 2.0short增值 s++; 2.0float增值 f++; 2.0double增值 d++; 2.0空循環(huán) while(true) n++; 2.0三元表達(dá)式 (x>2（或2的任意次冪） 使用更快的硬件指令D.3.3 特殊情況■字串的開銷：字串連接運(yùn)算符+看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際需要消耗大量系統(tǒng)資源。編譯器可高效地連接字串，但變量字串卻要求可觀的處理器時(shí)間。例如，假設(shè)s和t是字串變量：System.out.println('heading' + s + 'trailer' + t);上述語(yǔ)句要求新建一個(gè)StringBuffer（字串緩沖），追加自變量，然后用toString()將結(jié)果轉(zhuǎn)換回一個(gè)字串。因此，無(wú)論磁盤空間還是處理器時(shí)間，都會(huì)受到嚴(yán)重消耗。若準(zhǔn)備追加多個(gè)字串，則可考慮直接使用一個(gè)字串緩沖——特別是能在一個(gè)循環(huán)里重復(fù)利用它的時(shí)候。通過(guò)在每次循環(huán)里禁止新建一個(gè)字串緩沖，可節(jié)省980單位的對(duì)象創(chuàng)建時(shí)間（如前所述）。利用substring()以及其他字串方法，可進(jìn)一步地改善性能。如果可行，字符數(shù)組的速度甚至能夠更快。也要注意由于同步的關(guān)系，所以StringTokenizer會(huì)造成較大的開銷。■同步：在JDK解釋器中，調(diào)用同步方法通常會(huì)比調(diào)用不同步方法慢10倍。經(jīng)JIT編譯器處理后，這一性能上的差距提升到50到100倍（注意前表總結(jié)的時(shí)間顯示出要慢97倍）。所以要盡可能避免使用同步方法——若不能避免，方法的同步也要比代碼塊的同步稍快一些。■重復(fù)利用對(duì)象：要花很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)新建一個(gè)對(duì)象（根據(jù)前表總結(jié)的時(shí)間，對(duì)象的新建時(shí)間是賦值時(shí)間的980倍，而新建一個(gè)小數(shù)組的時(shí)間是賦值時(shí)間的3100倍）。因此，最明智的做法是保存和更新老對(duì)象的字段，而不是創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象。例如，不要在自己的paint()方法中新建一個(gè)Font對(duì)象。相反，應(yīng)將其聲明成實(shí)例對(duì)象，再初始化一次。在這以后，可在paint()里需要的時(shí)候隨時(shí)進(jìn)行更新。參見Bentley編著的《編程拾貝》，p.81[15]。■異常：只有在不正常的情況下，才應(yīng)放棄異常處理模塊。什么才叫“不正常呢？這通常是指程序遇到了問(wèn)題，而這一般是不愿見到的，所以性能不再成為優(yōu)先考慮的目標(biāo)。進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，將小的“try-catch塊合并到一起。由于這些塊將代碼分割成小的、各自獨(dú)立的片斷，所以會(huì)妨礙編譯器進(jìn)行優(yōu)化。另一方面，若過(guò)份熱衷于刪除異常處理模塊，也可能造成代碼健壯程度的下降。■散列處理：首先，Java 1.0和1.1的標(biāo)準(zhǔn)“散列表（Hashtable）類需要造型以及特別消耗系統(tǒng)資源的同步處理（570單位的賦值時(shí)間）。其次，早期的JDK庫(kù)不能自動(dòng)決定最佳的表格尺寸。最后，散列函數(shù)應(yīng)針對(duì)實(shí)際使用項(xiàng)（Key）的特征設(shè)計(jì)。考慮到所有這些原因，我們可特別設(shè)計(jì)一個(gè)散列類，令其與特定的應(yīng)用程序配合，從而改善常規(guī)散列表的性能。注意Java 1.2集合庫(kù)的散列映射（HashMap）具有更大的靈活性，而且不會(huì)自動(dòng)同步。■方法內(nèi)嵌：只有在方法屬于final（最終）、private（專用）或static（靜態(tài)）的情況下，Java編譯器才能內(nèi)嵌這個(gè)方法。而且某些情況下，還要求它絕對(duì)不可以有局部變量。若代碼花大量時(shí)間調(diào)用一個(gè)不含上述任何屬性的方法，那么請(qǐng)考慮為其編寫一個(gè)“final版本。■I/O：應(yīng)盡可能使用緩沖。否則，最終也許就是一次僅輸入／輸出一個(gè)字節(jié)的惡果。注意JDK 1.0的I/O類采用了大量同步措施，所以若使用象readFully()這樣的一個(gè)“大批量調(diào)用，然后由自己解釋數(shù)據(jù)，就可獲得更佳的性能。也要注意Java 1.1的“reader和“writer類已針對(duì)性能進(jìn)行了優(yōu)化。■造型和實(shí)例：造型會(huì)耗去2到200個(gè)單位的賦值時(shí)間。開銷更大的甚至要求上溯繼承（遺傳）結(jié)構(gòu)。其他高代價(jià)的操作會(huì)損失和恢復(fù)更低層結(jié)構(gòu)的能力。■圖形：利用剪切技術(shù)，減少在repaint()中的工作量；倍增緩沖區(qū)，提高接收速度；同時(shí)利用圖形壓縮技術(shù)，縮短下載時(shí)間。來(lái)自JavaWorld的“Java Applets以及來(lái)自Sun的“Performing Animation是兩個(gè)很好的教程。請(qǐng)記著使用最貼切的命令。例如，為根據(jù)一系列點(diǎn)畫一個(gè)多邊形，和drawLine()相比，drawPolygon()的速度要快得多。如必須畫一條單像素粗細(xì)的直線，drawLine(x,y,x,y)的速度比f(wàn)illRect(x,y,1,1)快。■使用API類：盡量使用來(lái)自Java API的類，因?yàn)樗鼈儽旧硪厌槍?duì)機(jī)器的性能進(jìn)行了優(yōu)化。這是用Java難于達(dá)到的。比如在復(fù)制任意長(zhǎng)度的一個(gè)數(shù)組時(shí)，arraryCopy()比使用循環(huán)的速度快得多。■替換API類：有些時(shí)候，API類提供了比我們希望更多的功能，相應(yīng)的執(zhí)行時(shí)間也會(huì)增加。因此，可定做特別的版本，讓它做更少的事情，但可更快地運(yùn)行。例如，假定一個(gè)應(yīng)用程序需要一個(gè)容器來(lái)保存大量數(shù)組。為加快執(zhí)行速度，可將原來(lái)的Vector（矢量）替換成更快的動(dòng)態(tài)對(duì)象數(shù)組。1. 其他建議■將重復(fù)的常數(shù)計(jì)算移至關(guān)鍵循環(huán)之外——比如計(jì)算固定長(zhǎng)度緩沖區(qū)的buffer.length。■static final（靜態(tài)最終）常數(shù)有助于編譯器優(yōu)化程序。■實(shí)現(xiàn)固定長(zhǎng)度的循環(huán)。■使用javac的優(yōu)化選項(xiàng)：-O。它通過(guò)內(nèi)嵌static，final以及private方法，從而優(yōu)化編譯過(guò)的代碼。注意類的長(zhǎng)度可能會(huì)增加（只對(duì)JDK 1.1而言——更早的版本也許不能執(zhí)行字節(jié)查證）。新型的“Just-in-time（JIT）編譯器會(huì)動(dòng)態(tài)加速代碼。■盡可能地將計(jì)數(shù)減至0——這使用了一個(gè)特殊的JVM字節(jié)碼。D.4 參考資源D.4.1 性能工具[1] 運(yùn)行于Pentium Pro 200，Netscape 3.0，JDK 1.1.4的MicroBenchmark（參見下面的參考資源[5]）[2] Sun的Java文檔頁(yè)——JDK Java解釋器主題：http://java.sun.com/products/JDK/tools/win32/java.html[3] Vladimir Bulatov的HyperProfhttp://www.physics.orst.edu/~bulatov/HyperProf[4] Greg White的ProfileViewerhttp://www.inetmi.com/~gwhi/ProfileViewer/ProfileViewer.htmlD.4.2 Web站點(diǎn)[5] 對(duì)于Java代碼的優(yōu)化主題，最出色的在線參考資源是Jonathan Hardwick的“Java Optimization網(wǎng)站：http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/optimization.html“Java優(yōu)化工具主頁(yè)：http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/tools.html以及“Java Microbenchmarks（有一個(gè)45秒鐘的評(píng)測(cè)過(guò)程）：http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/benchmarks.htmlD.4.3 文章[6] “Make Java fast:Optimize! How to get the greatest performanceout of your code through low-level optimizations in Java（讓Java更快：優(yōu)化！如何通過(guò)在Java中的低級(jí)優(yōu)化，使代碼發(fā)揮最出色的性能）。作者：Doug Bell。網(wǎng)址：http://www.javaworld.com/javaworld/jw-04-1997/jw-04-optimize.html（含一個(gè)全面的性能評(píng)測(cè)程序片，有詳盡注釋）[7] “Java Optimization Resources（Java優(yōu)化資源）http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/resources.html[8] “Optimizing Java for Speed（優(yōu)化Java，提高速度）：http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/speed.html[9] “An Empirical Study of FORTRAN Programs（FORTRAN程序?qū)崙?zhàn)解析）。作者：Donald Knuth。1971年出版。第1卷，p.105-33，“軟件——實(shí)踐和練習(xí)。[10] “Building High-Performance Applications and Servers in Java:An Experiential Study。作者:Jimmy Nguyen，Michael Fraenkel，RichardRedpath，Binh Q. Nguyen以及Sandeep K. Singhal。IBM T.J. Watson ResearchCenter,IBM Software Solutions。http://www.ibm.com/java/education/javahipr.htmlD.4.4 Java專業(yè)書籍[11] 《Advanced Java，Idioms，Pitfalls，Styles, and Programming Tips》。作者：Chris Laffra。Prentice Hall 1997年出版（Java 1.0）。第11章第20小節(jié)。D.4.5 一般書籍[12] 《Data Structures and C Programs》（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和C程序）。作者：J.Van Wyk。Addison-Wesly 1998年出版。[13] 《Writing Efficient Programs》（編寫有效的程序）。作者：Jon Bentley。Prentice Hall 1982年出版。特別參考p.110和p.145-151。[14] 《More Programming Pearls》（編程拾貝第二版）。作者：JonBentley。“Association for Computing Machinery，1998年2月。[15] 《Programming Pearls》（編程拾貝）。作者：Jone Bentley。Addison-Wesley 1989年出版。第2部分強(qiáng)調(diào)了常規(guī)的性能改善問(wèn)題。 [16] 《Code Complete:A Practical Handbook of Software Construction》（完整代碼索引：實(shí)用軟件開發(fā)手冊(cè)）。作者：Steve McConnell。Microsoft出版社1993年出版，第9章。[17] 《Object-Oriented System Development》（面向?qū)ο笙到y(tǒng)的開發(fā)）。作者：Champeaux，Lea和Faure。第25章。[18] 《The Art of Programming》（編程藝術(shù)）。作者：Donald Knuth。第1卷“基本算法第3版；第3卷“排序和搜索第2版。Addison-Wesley出版。這是有關(guān)程序算法的一本百科全書。[19] 《Algorithms in C:Fundammentals,Data Structures, Sorting,Searching》（C算法：基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、排序、搜索）第3版。作者：RobertSedgewick。Addison-Wesley 1997年出版。作者是Knuth的學(xué)生。這是專門討論幾種語(yǔ)言的七個(gè)版本之一。對(duì)算法進(jìn)行了深入淺出的解釋。 Java, java, J2SE, j2se, J2EE, j2ee, J2ME, j2me, ejb, ejb3, JBOSS, jboss, spring, hibernate, jdo, struts, webwork, ajax, AJAX, mysql, MySQL, Oracle, Weblogic, Websphere, scjp, scjd