【进阶之路】Java代码性能调优（二）

南橘

发布于 2021-04-02 11:46:53

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导言

大家好，我是南橘，从接触java到现在也有差不多两年时间了，两年时间，从一名连java有几种数据结构都不懂超级小白，到现在懂了一点点的进阶小白，学到了不少的东西。知识越分享越值钱，我这段时间总结（包括从别的大佬那边学习，引用）了一些平常学习和面试中的重点（自我认为），希望给大家带来一些帮助

上一章介绍了字符串、数字和集合类的一些高效用法，这一章就继续查漏补缺、介绍更多的性能优化技巧。

一、int转String的用法

从之前的文章可以得知，int到String的转换是一个耗时的操作，因为我们需要尽量避免做这些转换。如果实在需要，也可以动用上期Integer自动拆包装包的方法，预先将一部分的int值转化为字符串。

我们通过工具类，预先设定好1024个缓存（或者根据业务设置更多），所有调用int2String方法的时候都会预先判断数据是否在缓存内，如果小于1024，则会去调用缓存数据。

测试代码如下，我应该会在下下一章详细介绍我如何通过JMH来对代码性能进行测试

大家注意一下这三张图片Benchmark区域的信息不难发现，在数字1024以内，使用缓存的int2StringByCache的性能几乎高出int2String一个数量级。

这里就是运用了JDK对INTEGER自动拆箱装箱的原理

二、使用Native方法

Native方法就是调用一个非Java代码的接口。

我在之前的文章【进阶之路】攻克JVM——JVM的垃圾回收机制（二）里有讲过。

一般来说，作为java的底层代码，Native有着更好的性能。

最常用的Native方法是Stream.arraycopy方法，把原数组的内容复制到目标数组中:

 public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

里面还有各种各样的方法，大家可以根据情况来使用。

三、Switch优化

在条件判断中，如果有较多的分支判断，使用switch语句通常比使用if语句的效率更高。if语句会每次取出变量进行比较从而确定处理分支，而switch语句只需要取出一次变量，然后根据tableswitch直接找到分支即可。

根据测试，分支较少的情况下，if和switch的速度差不多，再分支较多的情况下，switch的速度就快多了。这里大家可以自己测试一下。

我们知道JDK1.8之后，JDK支持String类型，是因为在变异的时候，使用hashCode来作为switch的实际值。首先写一段switch结构的代码：

public static void main(String[] args) {
        final String str = "C";

        switch (str) {
            case "A" :
                System.out.println("A");
                break;
            case "B" :
                System.out.println("B");
                break;
            default:
                System.out.println("C");
        }
    }

public static void main(String[] args) {
        String str = "C";
        String var2 = "C";
        byte var3 = -1;
        switch(var2.hashCode()) {
        case 65:
            if (var2.equals("A")) {
                var3 = 0;
            }
            break;
        case 66:
            if (var2.equals("B")) {
                var3 = 1;
            }
        }

        switch(var3) {
        case 0:
            System.out.println("A");
            break;
        case 1:
            System.out.println("B");
            break;
        default:
            System.out.println("C");
        }

}

可以看到，switch结构中变为了String.hashcode()方法，利用其返回的int值进行判断，所以说编译后还是使用了switch(int)结构来实现的。而且我们知道，String的hashcode方法是有哈希冲突的风险的，所以我们应该在每个case条件中增加了equals作为补充判断，避免哈希冲突错误。

四、优先使用局部变量

当存取类变量的时候，Java使用的是虚拟机指令GETFFIELD获取类变量，如果存取方法的变量，则通过出栈操作获取变量。在之前的文章【进阶之路】攻克JVM——JVM对象及对象的访问定位（一）里有提到

JVM提出栈上分配的概念，针对作用域在方法内的对象，如果满足了逃逸分析，就会将对象属性打散后分配在栈上（线程私有的，属于栈内存），这样，随着方法的调用结束，栈空间的回收就会随着将栈上分配的打散后的对象回收掉，不再给GC增加额外的无用负担，从而提升应用程序整体的性能。

因此在需要频繁操作类变量的时候，最好先赋值给一个局部变量，比如这样：

int[] arr = new int[1024];
        for (int i=0;i<1024;i++){
            arr[i]=i;
        }

但是在实际的开发过程中，由于CPU缓存的原因，并不是每次都从Heap(堆)中取出变量，会从CPU缓存中存取，所以在JMH测试中难以验证谁的性能更好，这边我就不展示了。但是，通过对JVM机制的学习，我们能清楚的知道局部变量的好处。

五、预处理、预分配、预编译

1、预处理

预处理指的是对于需要反复调用的代码，可以尝试取出公共的只读代码块，处理一次生成并保留处理结果。这样接下来需要反复调用的时候，可以直接引用处理的结果。

随便举个例子，假设是黑名单判断，没有做预处理的代码如下：

  ServiceConfig serviceConfig =new ServiceConfig("a,A,S,DA,ASD,F,SDF,SD,F,F,A,D,F");
        Set strings = serviceConfig.getblackService();
         forbid =strings.contains("a");

然后稍微改一下，这里是做了预处理的

public class ServiceConfig{
    String black=null;
    Set blackSet =new HashSet<>();
    public ServiceConfig(String black){
        this.black=black;
        this.blackSet.addAll(Arrays.asList(black.split(",")));
    }
    public Set getblackService(){
        return blackSet;
    }
}

 ServiceConfig serviceConfig =new ServiceConfig("a,A,S,DA,ASD,F,SDF,SD,F,F,A,D,F");
        Set strings = serviceConfig.getblackService();
         forbid =strings.contains("a");

然后放在测试环境一跑，大家看的很明显了，谁才是版本答案：

2、预分配

预分配就很简单了，JDK存在大量预先分配空间的代码，比如我上一章讲的StringBuilder，会初始分配一段空间，不必每次调用append时才分配。

每次在append之前，也会检查分配空间是否足够，如果足够，则不需要增加空间。

如果所有的业务代码都能预分配合理的空间，那么系统的业务性能也会有合理的提高。

3、预编译

JDBC在处理SQL语句时有一个预编译的过程，而预编译对象就是把一些格式固定的SQL编译后，存放在内存池中即JDBC缓冲池，当我们再次执行相同的SQL语句时就不需要预编译的过程了，所以即使SQL注入特殊的语句，也会只当做参数传进去，不会当做指令执行。这个功能一大优势就是能提高执行速度，尤其是多次操作数据库的情况，再一个优势就是预防SQL注入，严格的说，应该是预防绝大多数的SQL注入。

还有种用法，涉及到格式化、序列化的时候，预编译成长红箭格式是一种提高性能的办法，比如在日志输出的时候可能会采用这种方法，

String类的format()方法用于创建格式化的字符串以及连接多个字符串对象，会解析format中出现的“{}”符号