現代大規模關鍵性系統中的Java效能調優，是一項富有挑戰的任務。你需要關注各種問題，包括演算法結構、記憶體分配模式以及磁碟和檔案I/O的使用方式。效能調優最困難的通常是找到問題所在，即便是經驗豐富的人也會被他們的直覺所誤導。效能殺手總是隱藏在最意想不到的地方。

Java效能問題一直困擾著廣大程式設計師，由於平臺複雜性，要定位問題，找出其根源確實很難。隨著10多年Java平臺的改進以及新出現的多核多處理器，Java軟體的效能和擴充套件性已經今非昔比了。現代JVM持續演進，內建了更為成熟的優化技術、執行時技術和垃圾收集器。與此同時，底層的硬體平臺和作業系統也在演化。

一、設計優化

1、並行代替序列。

2、時間換空間：不引入中間變數實現兩個數字的交換。代價是增加 CPU 運算。

3、空間換時間：使用下標陣列排序。

4、Java 中的緩衝區：

（1）緩衝最常用的場景就是提高 IO 速度：比如 BufferedWriter 可以用來裝飾 FileWriter ，為 FileWriter 加上緩衝。 BufferedOutputStream 可以用來裝飾 FileOutputStream 。使用這兩個裝飾器時候可以指定緩衝區大小，預設的 size 為 8K 。

（2）JavaNIO 中的各種 Buffer 類族，有更加強大的緩衝區控制功能。

（3）除了效能上的優化，緩衝區也可以作為上層元件和下層元件的一種通訊工具，將上層元件好下層元件進行解耦。比如生產者消費者模式中的緩衝區。

5、快取：

（1）比如 Hibernate 採用的兩級快取：一級快取和二級快取。二級快取指的是 sessionFactory層面上的快取， Hibernate 採用的是 EHCache 。一級快取指的是 session 層面上的快取。

6、善於利用 Java 中的設計模式：享元模式、代理模式、裝飾器模式等。

7、物件複用技術 -- 池的使用

（1）資料庫連線池：較常使用的資料庫連線池元件是 C3P0 和 Proxool 。其中 C3P0 是伴隨 Hibernate 一起釋出的， Hibernate 預設採用的資料庫連線池。

（2）執行緒池：自定義執行緒池以及 jdk1.5 提供的執行緒池元件。

二、程式優化

常用的程式設計優化技巧：

1 、有助於改善系統性能的技巧：

（1） 、慎用異常： for 迴圈中使用 try-catch 會大大降低系統性能

（2） 、使用區域性變數：區域性變數的訪問速度遠遠高於類的靜態變數的訪問速度，因為類的 變數是存在在堆空間中的。

（3） 、位運算代替乘除法：右移代表除以二、左移代表乘以二。

（4） 、有的時候考慮是否可以使用陣列代替位運算。

（5） 、一維陣列代替二維陣列。

（6） 、提取表示式：儘可能讓程式少做重複的計算，尤其要關注在迴圈體的程式碼，從迴圈提中提取重複的程式碼可以有效的提升系統性能。

2、字串優化處理

（1）String 類的特點：不變性、針對常量池的優化（ String.intern() 方法的意義）

（2）subString 方法的記憶體洩漏 :

（3）字串分割和查詢不要使用 split 函式，效率低，而是使用 StringTokenizer 或者 indexOf結合 subString() 函式完成分割。

（4）用 charAt （）方法代替 startWith （）方法。

（5）對於靜態字串或者變數字串的連線操作， Java 在編譯的時候會進行徹底的優化，將多個連線操作的字串在編譯時合成一個單獨的字串，而不是生成大量的 String 例項。只生成一個物件。

（6）在無需考慮執行緒安全情況下儘量使用 StringBuilder 。

（7）StringBuffer 和 StringBuilder 初始化的時候都可以設定一個初始值，預設是 16B 。如果字串的長度大於 16B 的時候，則需要進行擴容。擴容策略是將原有的容量大小翻倍，以新的容量申請記憶體空間，建立 char 陣列，然後將陣列中的內容複製到這個新的陣列中，使用 Arrays.copyOf() 函式。因此，如果能預先評估 StringBuilder 的大小，則可以節省這些複製操作，從而提高系統的效能。

  3 、引用型別：強、軟、若、虛四種引用型別。

WeakHashMap ：是弱引用的一中典型應用，它使用弱引用作為內部資料的儲存方案。可以作為簡單的快取表解決方案。

如果在系統中，需要一張很大的 Map 表， Map 中的表項作為快取之用。這也意味著即使沒能從該 Map 中取得相應地資料，系統也可以通過選項方案獲取這些資料，雖然這樣會消耗更多的時間，但是不影響系統的正常執行。這個時候，使用 WeakHashMap 是最合適的。因為 WeakHashMap 會在系統記憶體範圍內，儲存所有表項，而一旦記憶體不夠，在 GC 時，沒有被引用的又會很快被清除掉，避免系統記憶體溢位。

4、直接記憶體訪問： DirectBuffer 直接分配在實體記憶體中，並不佔用對空間，因此也不受對空間限制。 DirectBuffer 的讀寫操作比普通 Buffer 塊，因為 DirectBuffer 直接操縱的就是核心緩衝區。

  5、List 介面

（ 1 ） ArrayList 和 Vector 的區別：它們幾乎使用了相同的演算法，它們的唯一區別是對多執行緒的支援。 ArrayList 是不安全的，而 Vector 是執行緒安全的。

（ 2 ） LinkedList 和 ArrayList 的區別：

a 、 linkedList 採用連結串列實現，適合於資料刪除和插入非常頻繁的情況，不適合隨機訪問。

b 、 ArrayList 採用陣列實現，適用於隨機查詢和順序讀的情況，不適合刪除和插 入資料非常頻繁的場景。

（3）基於陣列的 List 都會有一個容量引數。當 ArrayList 所儲存的元素容量超過其已有大小的時候就會進行擴容，陣列的擴容會導致整個陣列進行一次記憶體複製。因此合理的陣列大小會減小陣列擴容的次數從而提高系統性能。

（4）遍歷列表的時候儘量使用迭代器，速度塊。

6、Map 介面：

（1）HashMap 的實現原理：簡單的說， HashMap 就是將 key 做 hash 演算法，然後將 hash 值對映到記憶體地址，直接取得 key 所對應的資料。在 HashMap 中，底層資料結構使用的是陣列，所謂的記憶體地址指的是陣列的下標索引。

（2）容量引數與擴容：預設情況下， hashmap 的初始容量為 16 ，負載因子為 0.75 ，也就是說當 hashmap 的實際容量達到了初始容量 * 負載因子（ hashmap 內部維護的一個 threshold 值）的時候， hashmap 就會進行擴容。在擴容時，會遍歷整個 hashmap ，因此應該設定合理的初始大小和負載因子，可以減小 hashmap 擴容的次數。

（3）LinkedHashMap-- 有序的 HashMap ： HashMap 的最大缺點是其無序性，被存入到 Hashmap 中的元素，在遍歷 HashMap 的時候，其輸出不一定按照輸入的順序，而是 HashMap 會根據 hash 演算法設定一個查詢高效的順序。如果希望儲存輸入順序，則需要使用 LinkedHashMap 。LinkedHashmap 在內部又增加了一個連結串列，用於儲存元素的順序。

（4）LinkedList 可以提供兩種型別的順序：一個是元素插入時候的順序，一個是最近訪問的順序。注意： LinkedHashMap 在迭代過程中，如果設定為按照最後訪問時間進行排序，即：每當使用 get() 方法訪問某個元素時，該元素便會移動到連結串列的尾端。但是這個時候會出現異常，因此， LinkedHashMap 工作在這種模式的時候，不能在迭代器中使用 get() 操作。

（5）關於 ConcurrentModificationException ：該異常一般會在集合迭代過程中被修改時丟擲。因此，不要在迭代器模式中修改集合的結構。這個特性適合於所有的集合類，包括 HashMap 、 Vector 、 ArrayList 等。

（6）TreeMap-- 如果要對元素進行排序，則使用 TreeMap 對 key 實現自定義排序，有兩種方式：在 TreeMap 的建構函式中注入一個 Comparator 或者使用一個實現了 Comparable 的 key 。

（7）如果需要將排序功能加入 HashMap ，最好是使用 Treemap 而不是在應用程式自定義排序。

（8）HashMap 基於 Hash 表實現， TreeMap 基於紅黑樹實現。

7 、 Map 和 Set 的關係：

（ 1 ）所有 Set 的實現都只是對應的 Map 的一種封裝，其內部維護一個 Map 物件。即： Set只是相應的 Map 的 Value 是一種特殊的表現形式的一種特例。

（ 2 ） Set 主要有三種實現類： HashSet 、 LinkedHashSet 、 TreeSet 。其中 HashSet 是基於 Hash 的快速元素插入，元素之間無序。 LinkedHashSet 同時維護著元素插入順序，遍歷集合的時候，總是按照先進先出的順序排序。 TreeSet 是基於紅黑樹的實現，有著高效的基於元素 Key 的排序演算法。

  8、優化集合訪問程式碼：

（ 1 ）、分離迴圈中被重複呼叫的程式碼：例如， for 迴圈中使用集合的 size() 函式，則不應該把這個函式的呼叫放到迴圈中，而是放到迴圈外邊、

（ 2 ）、省略相同的操作：

  9、 RandomAccess 介面：通過 RandomAccess 可知道 List 是否支援隨機快速訪問。同時，如果應用程式需要通過索引下標對 List 做隨機訪問，儘量 buyaoshiyongLinkedList ， ArrayList 或者 Vector 可以。

  10 、 JavaNIO 的特性：

（1） 、為所有的原始型別提供 Buffer 支援。

（2） 、使用 Java.nio.charset.Charset 作為字元編碼解碼解決方案。

（3） 、增加通道抽象代替原有的 IO 流抽象。

（4） 、支援鎖和記憶體對映檔案的檔案訪問介面。

（5） 、提供基於 Selector 的非同步網路 IO 。

（8） 、 Buffer 的基本原理：

  11 、 Buffer 的建立： Buffer 的靜態 allocate(int size) 方法或者 Buffer.wrap(byte[]src) 。

12 、 Buffer 的工作原理：三個變數： position ，代表當前緩衝區的位置，寫緩衝區的時候，將從 position 的下一個位置寫資料。 Capacity ，代表緩衝區的總容量上限。 Limit ，緩衝區的實際上限，也就是說，讀資料的時候，資料即是從 position 到 limit 之間的資料

  13 、 flip 操作： limit=position,position=0, 一般是在讀寫切換的時候使用。寫完資料之後，需要限定下有效資料範圍，才能讀資料；

  14 、 clear 操作： position-0 ， limit=capacity. 。為重新寫入緩衝區做準備。

  15 、 rewind 操作： position=0 ，為讀取緩衝區中有效資料做準備，一半 limit 已經被合理設定。

  16、讀寫緩衝區：

（1） 、 public byte get() ：順序讀取緩衝區的一個位元組， position 會加一

（2） 、 public Buffer get(byte[]dst): 將緩衝區中的資料讀入到陣列 dst 中，並適當的移動 position

（3） 、 public byte get(int index) ：得到第 index 個位元組，但不移動 posoiion

（4） 、 public ByteBuffer put(byte b) ：將位元組 b 放入到緩衝區中，並移動 position

（5） 、 public ByteBuffer put(int index,byte b) ：將位元組 b 放到緩衝區的 index 位位置

（6） 、 pubglic final ByteBuffer(byte[]src) ：將位元組陣列 src 放到緩衝區中。

17 、標誌緩衝區：類似於一個書籤的功能，在資料的處理過程中，可隨時記錄當前位置。然後在任意時刻，回到這個位置。 Mark 用於記錄當前位置， reset 用於恢復到 mark 所在的位置、

18 、複製緩衝區：使用 Buffer 的 duplicate 方法可以複製一個緩衝區，副本緩衝區和原緩衝區共享一份空間但是有有著獨立的 position 、 capacity 和 limit 值。

19 、緩衝區分片：緩衝區分片使用 slice 方法實現。它將在現有的緩衝區中，建立的子緩衝區。子緩衝區和父緩衝區共享資料。這個方法有助於將系統模組化。緩衝區切片可以將一個大緩衝區進行分割處理，得到的子緩衝區都具有緩衝的緩衝區模型結構；因此。這個操作有助於系統的模組化。

20 、只讀緩衝區：只讀緩衝區可以保證核心資料的安全，如果不希望資料被隨意篡改，返回一個只讀緩衝區是很有幫助的。

21、檔案對映到記憶體： NIO 提供了一種將檔案對映到記憶體的方法進行 IO 操作，這種方法比基於流 IO 快很多。這個操作主要由 FileChanne.map() 操作。使用檔案記憶體的方式，將文字通過 FileChannel 對映到記憶體中。然後從記憶體中讀取資料。同時，通過修改 Buffer, 將對記憶體中資料的修改寫到對應的硬碟檔案中。

22、處理結構化資料：散射和聚集。散射就是將資料讀入到一組 bytebuffer 中，而聚集正好相反。通過 ScatteringByteChannel 和 GatheringByteChannel 可以簡化對結構資料的操作。

以上只是一部分的效能優化，還有一部分將在下一篇文章寫到。好了，本篇文章就分享到這裡了。有興趣的新手夥伴們可以關注收藏起來，以後需要的時候可以多看看。如果有正在學java的程式設計師，可來我們的java技術學習扣qun哦：59789，1510裡面免費送java的視訊系統教程！