Java性能设计

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很多程序员在一开始并不注重性能的设计，只有当系统交付运行时，才 发现问题并且开始解决这一问题，但往往这只能挽救一点点。性能的管理应该一开始 就被整合到设计和开发当中去。 最普遍的问题就是临时对象大量经常的创建，这为性能埋下隐患。 性能的问题来自很多原因，最容易解决的可能是：你选择了不好的算法来进行计算，如 用冒泡法来排序巨量数据，或者你每次使用数据时都要反复计算一次，这应该使用Cache。 你能很容易的使用工具(如Borland的Optimizeit)或压力测试发现这些问题， 一旦发现，就能够立即被纠正，但是很多Java的性能问题隐藏得更深，难于修改源码就能纠正， 如程序组件的接口设计。 现在我们倡导面向对象的组件可复用设计，无疑这样设计的优点是巨大的， 但是也要注意到对性能的影响。 一个java性能设计原则是，避免不必要的对象创建，对象的创建是非常耗时的， 所以你要避免不必要的临时或过多的对象创建， String是程序中最主要创建的对象，因为String是不变的，如果String长度被修改 将导致String对象再次创建，所以对性能有所注意的一般人就是尽量回避使用String, 但是这几乎是不可能的。 接口参数设计 举例 MailBot： MailBot邮件系统的有一个Header数据，它是character buffer，需要对这个character buffer 进行分析比较，那么你要做一个类Matcher，在这个类中你将Header数据读入然后配比， 一个不好的做法是： public class BadRegExpMatcher { 　　public BadRegExpMatcher(String regExp); 　 /** Attempts to match the specified regular expression against the input 　　　　text, returning the matched text if possible or null if not 　 */ 　 public String match(String inputText); } 这个BadRegExpMatche要求入口参数是String ，那么如果MailBot要调用他，必须自己做一个 character buffer到String的转换： BadRegExpMatcher dateMatcher = new BadRegExpMatcher(...); while (...) { ... //产生新的String String headerLine = new String(myBuffer, thisHeaderStart, thisHeaderEnd-thisHeaderStart); String result = dateMatcher.match(headerLine); if (result == null) { ... } } 很明显，这里这个由于接口不一致导致了多余的对象String headerline的创建，这是不能允许的， 应该将Matcher的接口设计成能够接纳character buffer，当然为通用性，也应该提供String的 接口参数： class BetterRegExpMatcher { 　 public BetterRegExpMatcher(...); 　 /** 提供多个接口参数的match方法 　 Provide matchers for multiple formats of input -- String, 　 character array, 　 and subset of character array. Return 　 -1 if no match was made; return offset of match start if 　 a match was made. */ 　 　 public int match(String inputText); 　 public int match(char[] inputText); 　 public int match(char[] inputText, int offset, int length); 　 /** Get the next match against the input text, if any */ 　 public int getNextMatch(); 　 public int getMatchLength(); 　 public String getMatchText(); } 很明显BetterRegExpMatcher的运行速度将比前面BadRegExpMatcher运行速度快。 因为在你已经写好代码的情况下，你比较难于更改一个类的接口参数，那就应该在写程序之前多 多考虑你这些接口参数的类型设定，最好有一个通盘的接口类型规定。 减少对象的创建 临时对象是那些有很短的生命周期，通常服务一些非十分有用的目标，程序员通常使用临时对象作为 数据混合包传送或者返回，为避免上述示例哪些转换接口对象的构造，你应该巧妙的避免创造这些临时 对象，以防止给你的程序留下性能的阴影。 上述示例说明性能问题在于String对象，但是String在对象创建中又是如此的普遍，String是不变的，一旦赋值，就不会变化，不少程序员 认为不变的东西总是会导致坏的性能，其实它并不是这么简单，实际上，性能好坏在于你如何使用这个东西。 对于经常需要变化的String,很明显使用Stringbuffer来代替。 举例： 看下面两种实现： public class Component { 　 ... 　 protected Rectangle myBounds; 　 public Rectangle getBounds() { return myBounds; } } 和 public class Component { 　 public Rectangle getBounds() { 　 　 return new Rectangle(myBounds.x, myBounds.y, myBounds.height, 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 myBounds.width); 　 } } 当使用Component分别对应有如下两种： Rectangle r = component.getBounds(); ... r.height *= 2; 和 int x = component.getBounds().x; int y = component.getBounds().y; int h = component.getBounds().height; int w = component.getBounds().width; 第一种使用方式缺点，r.height的使用已经脱离component，容易引起沟通上的误解，因为 Rectangle变化必须涉及component内容重新刷新，万一其它程序员不知道这个规则，修改 r.height(乘2)，将不会去刷新component， 第二中方式是个提高，迫使componenet和其部件跟随在一起。但是带来问题是：创建了 四个临时对象。 改进办法是，在第一种的基础上，在Commponent中增加 public int getX() { return myBounds.x; } public int getY() { return myBounds.y; } public int getHeight() { return myBounds.height; } public int getWidth() { return myBounds.width; } 这样调用变成： int x = component.getX(); int y = component.getY(); int h = component.getHeight(); int w = component.getWidth(); 两全其美了不是？ 这就是减少创建对象技巧之一： 增加finer-grained辅助功能 第二种技巧是：Exploit mutability 上例还有一种实现方式： public Rectangle getBounds(Rectangle returnVal) { 　 returnVal.x = myBounds.x; 　 returnVal.y = myBounds.y; 　 returnVal.height = myBounds.height; 　 returnVal.width = myBounds.width; 　 return returnVal; } 多巧妙，把Rectangle作为参数传进来修改一下再送出去。 技巧3是 融合变和不变于一身。 总结上面一些例子，发现一个规律：临时对象产生是在这种情况下产生的： 不变的要转换成可变的。那么针对这个根本原因我们设计出各取所需的方案。 以下例说明： Point是不变的，我们继承它，定义一个可变的子类。 public class Point { 　 protected int x, y; 　 public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } 　 public final int getX() { return x; } 　 public final int getY() { return y; } } public class MutablePoint extends Point { 　 public final void setX(int x) { this.x = x; } 　 public final void setY(int y) { this.y = y; } } 这样，可变的需求和不可变的需求各自满足，分别调用。 public class Shape { 　 private MutablePoint myLocation; 　 //返回可变的 　 public Shape(int x, int y) { 　 　 myLocation = new MutablePoint(x, y); 　 } 　 //返回不变的 　 public Point getLocation() { return (Point) myLocation; } } 远程接口 在分布式应用中，性能也是相当重要的，这里介绍如何通过检查class的接口 能简单预知分布式应用中的性能问题。 在分布式应用中，一个在这个系统中运行的对象能够调用另外一个系统的对象的方法，这是通过很多 内部机制来实现将远程对象貌似本地对象的，为了发现远程对象，你首先必须发现它，这是通过一种 名称目录服务机制，比如RMO的注册，JNDO和CORBA的名称服务。 当你通过目录服务得到一个远程的对象，你不是得到一个实际的指向，而是一个和远程行为一样的stub对象的 指向， 当你调用stub对象的一个方法时，这个得marshal这个方法参数：也就是转换成byte-stream，这类似 于序列化，这个stub对象通过网络将marshal后的参数发送给skeleton对象，后者负责unmarshal这些参数然后 调用真正实际的你要调用的远程方法，然后，这个方法返回一个值给skeleton，再逐个沿着刚才路线返回, 一个简单方法要做这么多工作啊。 很显然，远程方法调用要比本地方法调用来得耗时昂贵。 上面返回情况是是指返回原始型primitive，如果返回的是对象，怎么办？如果这个对象支持 远程调用，它又会通过查询创造一个stub和skeleton对象，这又是耗时的；如果这个对象 不支持远程调用，那么所有的对象的字段和任何涉及引用的对象都要被marshal，这也是 相当耗时的。 由此可见，一个不好的远程接口设计将完全扼杀程序的性能，为了避免网络开销，设计一次 远程调用返回多值总比多次调用，每次只返回一个值要好得多。 还有提防在不需要返回远程对象时，返回一个远程对象。不要传递很复杂不必要的对象给远程。 假设远程服务器有一个目录列表对象，每个目录项目中包含姓名 电话号码 和邮件地址等值， 下列程序： public interface Directory extends Remote { 　 DirectoryEntry[] getEntries(); 　 void addEntry(DirectoryEntry entry); 　 void removeEntry(DirectoryEntry entry); } public interface DirectoryEntry extends Remote { 　 String getName(); 　 String getPhoneNumber(); 　 String getEmailAddress(); } 这样设计导致结果是，当我需要一个姓名值时，首先要获得Directory 对象，再获得DirectoryEntry， 获得DirectoryEntry才能获得getName，这么来来回回，需要多少次网络开销啊。 public interface Directory extends Remote { 　 String[] getNames(); 　 DirectoryEntry[] getEntries(); 　 //加入这个方法 　 DirectoryEntry getEntryByName(String name); 　 void addEntry(DirectoryEntry entry); 　 void removeEntry(DirectoryEntry entry); } 这样直接在Directory加上DirectoryEntry和getNames(),一次网络开销就全部解决。 当然这样的解决方案是完全建立在对分布式应用原理了解的基础上。 本篇翻译(属于主要思想的翻译，非完全翻译)自 Brian Goetz 的Design for performance 下载本文示例代码


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