Java性能优化(详解)

引起Java性能问题的常见原因之一是过多地创建临时对象

1、有效使用内存
精简业务流程，减少不必要的环节
按需创建对象，不要提前创建
重复的运算，考虑将结果转过变量(即方法的封装)
高频度使用的对象，单独处理使重复使用


2、高效使用循环
循环体外创建对象，使对象重复使用

两层循环的时候，注意优先顺序

最有可能的判断放前面(概率问题)

避免循环中重复运算

3、合理操作字符串
字符串的拼接使用StringBuilder或者StringBuffer
避免循环中重复运算
private int getKeyIndex(String key)
    {
        int index = -1;//循环前创建对象
        int count = 0;
        index = keys.indexOf(key);//避免循环体内的重复计算
        for (int i = 0; i <= index; i++)
        {
            if(keys.charAt(i) == ',')
            {
                count += 1;
            }
        }
        return count;
}

在java中，进行字符串查找匹配时一般有三种实现方式：一种是调用String对象的indexOf(String str)方法；第二种是调用String对象的matches(String regex)方法；第三种是直接使用正则表达式类（包括Pattern类、Matcher类）实现匹配
indexOf(String str)方法运行速度最快，效率最高，但不支持正则表达式
matches(String regex)方法性能最差，支持正则表达式，使用起来最简单。该方法性能差的原因是每调用一次时，就重新对正则表达式编译了一次，新建了一个Pattern对象出来，而不是重复利用同一个Pattern对象。
直接使用正则表达式类来实现匹配，可以支持正则表达式，在频繁操作下性能比matches(String regex)方法要好。
对于频繁的字符串匹配操作，应避免使用String. matches()方法。需要使用正则表达式匹配时，使用Pattern和Matcher类；

对于常量字符串，不要通过new方式来创建；
对于字符串常量之间的拼接，请使用“+”；对于字符串变量（不能在编译期间确定其具体值的字符串对象）之间的拼接，请使用StringBuilder；
在使用StringBuilder进行字符串操作时，请尽量设定初始容量大小；
当查找字符串，不需要支持正则表达式时，请使用indexOf（…）实现查找；当需要支持正则表达式时，如果需要多次匹配，请直接使用正则表达式类实现查找；
对于简单的字符串分割，请尽量使用自己定义的公用方法或StringTokenizer；

当需要对报文等文本字符串进行分析处理时，请加强检视，注意算法实现的优化。

不要频繁调用String.split()方法，对于需要分割字符串的热点函数，用indexOf和substring由于法实现字符串分割。

4、磁盘I/O

繁读取文件会导致进程CPU超高，同时系统WA值（等待IO读写CPU）也会飙升

避免频繁文件读写，因为频繁读写文件会导致CPU高，导致整个系统IO操作缓慢。对于配置文件，建议在进程启动时读入配置信息；读写文件时使用缓存。

在进程启动时读取该配置文件到内存，以后直接从内存中读取信息；如果该信息会变化，可以通过通知机制或定时读取配置文件刷新内存中的值
不使用缓冲的I/O操作会频繁的访问磁盘和调用操作系统底层函数，使用缓冲机制能带来显著的性能提升。
I/O优化(括号内为优化方案)
内存访问比硬盘I/O访问快万倍(考虑降低硬盘I/O访问次数，如硬盘数据库访问)
内存访问比网络I/O访问快百倍(降低进程间通信I/O次数，尤其是远程进程间通信I/O次数，如JDBC数据库访问)
网络I/O访问比硬盘I/O访问快百倍(降低CPU和内存等资源的占用)


5、网络I/O
没有特殊需要，尽量使用异步通信
基于socket开发的，尽量使用非阻塞I/O，比阻塞I/O一般快两倍(netty,mina)
远程通信可考虑基于二进制，性能往往比基于XML传输数据好
如果是基于XML的消息包，请使用StAX，不要使用DOM
如果使用SOAP，请考虑使用开源库Xfire/CXF，一般来说其性能是Apache Axis的3倍以上，比Axis2的性能也好一些
尽量降低远程进程间通信次数
在降低远程通信次数的同时，降低消息包的大小


6、数据库性能
连接池：物理连接的建立对性能影响很大，对于并发很高的应用，可适当考虑调高连接池的大小
访问频率：尽量降低对数据库的访问次数，避免频繁删除、更新数据库表，可以通过批量删除、更新，减少频率。
预编译：使用prepared statement，避免重复解析与编译
查询：查询大数据量时使用Prefetch
写数据：尽量使用批量写的方式(batch)，但每个事务中的SQL不要超过500

简单语句：SQL不要太复杂，尤其是连表查询的表不要超过3个

对于同一张表，如果需要频繁执行insert语句，优先采用copy语句批量写入数据库，其次采用事务批量insert，批量越大，性能提升越明显。

7、多线程
在进行多线程调用时，获取单实例的方法上通过synchronized标记，这种方式，对于访问非常平凡的类，是极其消耗性能的。我们可以假设一种情形，有10个线程同时需要通过获取该类的实例，当第一个获取这个实例时，其他9个线程都必须等待第一个调用的结束，然后由第二个线程调用该实例方法，而剩下的8个得继续等待，如此依次执行获取实例，这样10个线程执行下来，对这个简单的获取实例方法变为串行操作，可这并不是必要的！同时调用该方法的线程越多，性能问题则越严重突出。
在编写多线程代码时，一方面需要注意代码的可充入性，另一方面尽量少用或者合理的使用同步等方法，提高程序的性能。

对于多线程应用场景，线程同步是不可避免的。同步会造成线程的等待或阻塞，带来额外的性能开销。从性能的角度出发，应当最低限度的使用同步。避免不必要的同步，避免多次同步

禁止频繁调用子进程，对于可以通过API完成的功能，不要通过执行系统命令完成。

线程同步的常见问题
需要同步的地方没有同步
单线程中运行的代码，增加不必要的同步
已经同步方法的代码，增加了不必要的二次同步
对可以使用线程局部变量规避同步的地方进行了同步
只需要对小段代码同步的地方，对整个方法进行了同步
采用多线程机制提高业务处理速度时，其前提是要可以将业务处理划分为几个相对独立的处理逻辑，然后要么并发执行这些独立的处理逻辑，要么将一部分处理逻辑提前到系统空闲时间中执行。另外一个问题是要控制好线程间的同步问题（可以通过调用wait方法或join方法来实现这一点）和相关资源的释放问题。

多线程与多进程比较，有什么相同和不同点？
是不是线程越多越好？


8、数据机构及算法
容器性能对比：
ArrayList 与 LinkedList都是实现了 List 接口的类，是有序集。 List 接口支持通过索引的方法来访问元素，对于这一点， ArrayList 没有任何问题；但是对于 LinkedList 则有很大的问题，链表本身不应该支持随机存储，但是作为 List 的一个实现，链表也提供了对随机访问的支持，但是效率很低。每次通过索引的方法都是进行一次遍历。我认为，其实就不应该让链表支持随机访问；而 Java 这样实现我想是因为整个集合框架的体系，使得链表与数组可以使用同样的方法使用。综上所述，对于 LinkedList 最好不使用随机访问，而使用迭代器。
(对能够确认大小的容器,初始化时设定具体大小,避免动态计算增加容量耗费性能)

List 从 Collection 接口中分立出来是因为 List 的特点——有序的集合。这里指的有序并不是按照大小排好序的（ Sorted ），而是指集合是可以以确定的顺序访问的序列。针对 List 的这个特点，它比 Collection 接口增加了通过索引进行操作的方法。例如， add 、 remove 、 get 、 set 等方法的参数表中都可以加入索引的数值，从而操作处在索引位置处的元素。 

根据应用场景选择容器
容器因底层数据结构的不同而具有不同的特性，根据应用场景合理的选择容器，有助于提升代码性能。可能的应用场景包括： 随机读取优先、频繁修改优先、线程安全等。
ArrayList：适合随机读取
LinkedList：适合频繁插入/删除
HashSet:通用
TreeSet：按对象比较器顺序排序，性能较低
LinkedHashSet：按插入顺序排序
CopyOnWriteArraySet：适合频繁读取，线程安全
HashMap：通用
TreeMap：按对象比较器顺序排序，性能较低
LinkedHashMap：按插入顺序排序
ConCurrentHashMap：线程安全

案例：
在某产品的故障查询功能中，流水号占用内存巨大，一般数据量达到300万左右就会导致内存溢出
分析优化点：在java的链表结构中，以Object的方式保存内容，因此在保存流水号的时候必须用Integer对象，而不是基本整数类型int
在JAVA中一个Integer对象占用的内存大约为32个字节，而int类型占用4个字节

优化思路是自定义一个IntArrayList链表类，该类有两个特点：
保持与原接口兼容。它实现List接口，那么对外的接口几乎和原来链表类一致，这样对现有系统的改动是非常小的，只需要用新写的类替换掉程序中原有的类。
用基本数据类型替换对象。在新链表里面用一个int型数组来保存数据而不是用Object对象数组，这样就可以减少内存占用。


9、日志性能
大消息的正常处理流程不允许打印debug级别的日志。
messages是一个超大对象，不能对messages进行字符串拼接，因为不管系统设置哪种日志级别，拼接操作总会被执行。
日志打印过于频繁，会导致系统WA值（等待IO读写CPU）太高，进而使系统运行减慢
如果日志级别设为DEBUG以上，日志不会打印，也不会执行字符拼接操作。
日志必须按合适级别分级打印,并且可以通过开关控制打印级别，这样既能保证在正常情况下输出信息少，又能保证在需要日志的时候信息尽可能全。
调用日志打印方法时，尽量不要进行字符串拼接，因为不管是否打印日志，字符串拼接操作总会被执行，而字符串拼接是一个相当消耗CPU的操作，特别是和大对象拼接；可以通过传参数方式避免没有必要的字符串拼接。


10、JVM参数调优
申请与释放资源都是比较影响性能的，所以在需要的时候才申请，不用时立即释放。（有些以空间换时间的场景例外）
Java进程内存需合理设置
内存过小，应用不可用；
内存过大造成浪费而且导致应用性能降低；
JVM内存参数设置不合理，会导致GC频繁，影响应用的性能和可靠性。

其他注意事项：
使用缓冲IO进行读写操作。IO读写操作包括网络IO操作和磁盘IO操作。
使用System.copyArray()进行数组拷贝。
检查并消除内存泄漏。常见的内存泄漏原因有：
往ArrayList等集合对象中只添加而不删除元素，并保持对集合对象的引用。
在一个对象中创建了一个线程，当对象不再使用时，又没有关闭该线程，该对象不会被回收。
对于IO操作，没有在finally中作对应的关闭动作。

在重载的finallize()方法中，没有调用super.finallize()。

对于异步消息，如果消息量可能会很大，需要增加缓冲队列和流控机制

性能优化基本方法总结：
1、以空间换时间
在内存成本日益降低情况下，可以采用占用空间以换取执行效率。
使用数组、数据库做缓冲
2、最低限度的使用同步
3、改变判断顺序
根据概率，将最可能为真的放在前面判断
修改逻辑判断顺序
4、减少临时对象的创建
在实现业务处理流程的过程中，需要考虑临时对象引起的性能问题，精简业务处理流程，减少不必要的中间环节
对象的创建应尽量按需创建，而不是提前创建
对象的创建应尽量在for、while等循环外面创建，在循环里面进行重用
对于高频度使用的对象，需要进行单独优化处理给以重用，例如改为类的成员变量