Java程序的性能優化StringBuffer與Vector

　Java使得復雜應用的開發變得相對簡單毫無疑問它的這種易用性對Java的大范圍流行功不可沒然而這種易用性實際上是一把雙刃劍一個設計良好的Java程序性能表現往往不如一個同樣設計良好的C++程序在Java程序中性能問題的大部分原因並不在於Java語言而是在於程序本身養成好的代碼編寫習慣非常重要比如正確地巧妙地運用javalangString類和javautilVector類它能夠顯著地提高程序的性能下面我們就來具體地分析一下這方面的問題

　　在java中使用最頻繁同時也是濫用最多的一個類或許就是javalangString它也是導致代碼性能低下最主要的原因之一請考慮下面這個例子

String s = Testing String;
String s = Concatenation Performance;
String s = s + + s;

　　幾乎所有的Java程序員都知道上面的代碼效率不高那麼我們應該怎麼辦　　呢？也許可以試試下面這種代碼

StringBuffer s = new StringBuffer();
sappend(Testing String);
sappend( );
sappend(Concatenation Performance);
String s = stoString();

　　這些代碼會比第一個代碼片段效率更高嗎？答案是否定的這裡的代碼實際上正是編譯器編譯第一個代碼片段之後的結果既然與使用多個獨立的String對象相比StringBuffer並沒有使代碼有任何效率上的提高那為什麼有那麼多Java書籍批評第一種方法推薦使用第二種方法？

　　第二個代碼片段用到了StringBuffer類（編譯器在第一個片段中也將使用StringBuffer類）我們來分析一下StringBuffer類的默認構造函數下面是它的代碼

public StringBuffer() { this(); }

　　默認構造函數預設了個字符的緩存容量現在我們再來看看StringBuffer類的append()方法

public synchronized StringBuffer append(String str) {
if (str == null) {
　 str = StringvalueOf(str);
　}
　int len = strlength();
　int newcount = count + len;
　if (newcount > valuelength) expandCapacity(newcount);
　strgetChars( len value count);
　count = newcount; return this;
}

　　append()方法首先計算字符串追加完成後的總長度如果這個總長度大於StringBuffer的存儲能力append()方法調用私有的expandCapacity()方法expandCapacity()方法在每次被調用時使StringBuffer存儲能力加倍並把現有的字符數組內容復制到新的存儲空間

　　在第二個代碼片段中（以及在第一個代碼片段的編譯結果中）由於字符串追加操作的最後結果是Testing String Concatenation Performance它有個字符StringBuffer的存儲能力必須擴展兩次從而導致了兩次代價昂貴的復制操作因此我們至少有一點可以做得比編譯器更好這就是分配一個初始存儲容量大於或者等於個字符的StringBuffer如下所示

StringBuffer s = new StringBuffer();
sappend(Testing String);
sappend( );
sappend(Concatenation Performance);
String s = stoString();

　　再考慮下面這個例子

String s = ;
int sum = ;
for(int I=; I<; I++) {
　 sum += I;
　 s = s + + +I ;
　}
s = s + = + sum;

　　分析一下為何前面的代碼比下面的代碼效率低

StringBuffer sb = new StringBuffer();
int sum = ;
　for(int I=; I<; I++){
　 sum + = I;
　 sbappend(I)append(+);
　}
String s = sbappend(=)append(sum)toString();

　　原因就在於每個s = s + + + I操作都要創建並拆除一個StringBuffer對象以及一個String 對象這完全是一種浪費而在第二個例子中我們避免了這種情況

　　我們再來看看另外一個常用的Java類——javautilVector簡單地說一個Vector就是一個javalangObject實例的數組Vector與數組相似它的元素可以通過整數形式的索引訪問但是Vector類型的對象在創建之後對象的大小能夠根據元素的增加或者刪除而擴展縮小請考慮下面這個向Vector加入元素的例子

Object obj = new Object();
Vector v = new Vector();
for(int I=; I<; I++) { vadd(obj); }

　　除非有絕對充足的理由要求每次都把新元素插入到Vector的前面否則上面的代碼對性能不利在默認構造函數中Vector的初始存儲能力是個元素如果新元素加入時存儲能力不足則以後存儲能力每次加倍Vector類就象StringBuffer類一樣每次擴展存儲能力時所有現有的元素都要復制到新的存儲空間之中下面的代碼片段要比前面的例子快幾個數量級

Object obj = new Object();
Vector v = new Vector();
for(int I=; I<; I++) { vadd(obj); }

　　同樣的規則也適用於Vector類的remove()方法由於Vector中各個元素之間不能含有空隙刪除除最後一個元素之外的任意其他元素都導致被刪除元素之後的元素向前移動也就是說從Vector刪除最後一個元素要比刪除第一個元素開銷低好幾倍

　　假設要從前面的Vector刪除所有元素我們可以使用這種代碼

for(int I=; I<; I++){ vremove(); }

　　但是與下面的代碼相比前面的代碼要慢幾個數量級

for(int I=; I<; I++){ vremove(vsize()); }

　　從Vector類型的對象v刪除所有元素的最好方法是

vremoveAllElements();

　　假設Vector類型的對象v包含字符串Hello考慮下面的代碼它要從這個Vector中刪除Hello字符串

String s = Hello; int i = vindexOf(s); if(I != ) vremove(s);

　　這些代碼看起來沒什麼錯誤但它同樣對性能不利在這段代碼中indexOf()方法對v進行順序搜索尋找字符串Helloremove(s)方法也要進行同樣的順序搜索改進之後的版本是

String s = Hello; int i = vindexOf(s); if(I != ) vremove(i);

　　這個版本中我們直接在remove()方法中給出待刪除元素的精確索引位置從而避免了第二次搜索一個更好的版本是

String s = Hello; vremove(s);

　　最後我們再來看一個有關Vector類的代碼片段

for(int I=; I<vsize(); I+=){}

　　如果v包含個元素這個代碼片段將調用vsize()方法次雖然size方法是一個簡單的方法但它仍舊需要一次方法調用的開銷至少JVM需要為它配置以及清除堆棧環境在這裡for循環內部的代碼不會以任何方式修改Vector類型對象v的大小因此上面的代碼最好改寫成下面這種形式

int size = vsize(); for(int I=; I<size; I++){}

　　雖然這是一個簡單的改動但它仍舊贏得了性能畢竟每一個CPU周期都是寶貴的拙劣的代碼編寫方式導致代碼性能下降但是正如本文例子所顯示的我們只要采取一些簡單的措施就能夠顯著地改善代碼性能

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