Question

现在，关键的性能瓶颈应已隔离出来。接下来，可对其应用两种类型的优化：常规手段以及依赖 Java 语言。

D.3.1 常规手段

通常，一个有效的提速方法是用更现实的方式重新定义程序。例如，在《Programming Pearls》（编程拾贝）一书中[14]，Bentley 利用了一段小说数据描写，它可以生成速度非常快、而且非常精简的拼写检查器，从而介绍了 Doug McIlroy 对英语语言的表述。除此以外，与其他方法相比，更好的算法也许能带来更大的性能提升——特别是在数据集的尺寸越来越大的时候。欲了解这些常规手段的详情，请参考本附录末尾的“一般书籍”清单。

D.3.2 依赖语言的方法

为进行客观的分析，最好明确掌握各种运算的执行时间。这样一来，得到的结果可独立于当前使用的计算机——通过除以花在本地赋值上的时间，最后得到的就是“标准时间”。

运算 示例 标准时间

本地赋值 i=n; 1.0

实例赋值 this.i=n; 1.2

int 增值 i++; 1.5

byte 增值 b++; 2.0

short 增值 s++; 2.0

float 增值 f++; 2.0

double 增值 d++; 2.0

空循环 while(true) n++; 2.0

三元表达式 (x<0) ?-x : x 2.2

算术调用 Math.abs(x); 2.5

数组赋值 a[0] = n; 2.7

long 增值 l++; 3.5

方法调用 funct(); 5.9

throw 或 catch 异常 try{ throw e; }或 catch(e){} 320

同步方法调用 synchMehod(); 570

新建对象 new Object(); 980

新建数组 new int[10]; 3100

通过自己的系统（如我的 Pentium 200 Pro，Netscape 3 及 JDK 1.1.5），这些相对时间向大家揭示出：新建对象和数组会造成最沉重的开销，同步会造成比较沉重的开销，而一次不同步的方法调用会造成适度的开销。参考资源[5]和[6]为大家总结了测量用程序片的 Web 地址，可到自己的机器上运行它们。

1. 常规修改

下面是加快 Java 程序关键部分执行速度的一些常规操作建议（注意对比修改前后的测试结果）。

将... 修改成... 理由

接口 抽象类（只需一个父时） 接口的多个继承会妨碍性能的优化

非本地或数组循环变量 本地循环变量 根据前表的耗时比较，一次实例整数赋值的时间是本地整数赋值时间的 1.2 倍，但数组赋值的时间是本地整数赋值的 2.7 倍

链接列表（固定尺寸） 保存丢弃的链接项目，或将列表替换成一个循环数组（大致知道尺寸） 每新建一个对象，都相当于本地赋值 980 次。参考“重复利用对象”（下一节）、Van Wyk[12] p.87 以及 Bentley[15] p.81

x/2（或 2 的任意次幂） X>>2（或 2 的任意次幂） 使用更快的硬件指令

D.3.3 特殊情况

■字串的开销：字串连接运算符+看似简单，但实际需要消耗大量系统资源。编译器可高效地连接字串，但变量字串却要求可观的处理器时间。例如，假设 s 和 t 是字串变量：

System.out.println("heading" + s + "trailer" + t);

上述语句要求新建一个 StringBuffer（字串缓冲），追加自变量，然后用 toString() 将结果转换回一个字串。因此，无论磁盘空间还是处理器时间，都会受到严重消耗。若准备追加多个字串，则可考虑直接使用一个字串缓冲——特别是能在一个循环里重复利用它的时候。通过在每次循环里禁止新建一个字串缓冲，可节省 980 单位的对象创建时间（如前所述）。利用 substring() 以及其他字串方法，可进一步地改善性能。如果可行，字符数组的速度甚至能够更快。也要注意由于同步的关系，所以 StringTokenizer 会造成较大的开销。

• ■同步：在 JDK 解释器中，调用同步方法通常会比调用不同步方法慢 10 倍。经 JIT 编译器处理后，这一性能上的差距提升到 50 到 100 倍（注意前表总结的时间显示出要慢 97 倍）。所以要尽可能避免使用同步方法——若不能避免，方法的同步也要比代码块的同步稍快一些。
• ■重复利用对象：要花很长的时间来新建一个对象（根据前表总结的时间，对象的新建时间是赋值时间的 980 倍，而新建一个小数组的时间是赋值时间的 3100 倍）。因此，最明智的做法是保存和更新老对象的字段，而不是创建一个新对象。例如，不要在自己的 paint() 方法中新建一个 Font 对象。相反，应将其声明成实例对象，再初始化一次。在这以后，可在 paint() 里需要的时候随时进行更新。参见 Bentley 编著的《编程拾贝》，p.81[15]。
• ■异常：只有在不正常的情况下，才应放弃异常处理模块。什么才叫“不正常”呢？这通常是指程序遇到了问题，而这一般是不愿见到的，所以性能不再成为优先考虑的目标。进行优化时，将小的“try-catch”块合并到一起。由于这些块将代码分割成小的、各自独立的片断，所以会妨碍编译器进行优化。另一方面，若过份热衷于删除异常处理模块，也可能造成代码健壮程度的下降。
• ■散列处理：首先，Java 1.0 和 1.1 的标准“散列表”（Hashtable）类需要造型以及特别消耗系统资源的同步处理（570 单位的赋值时间）。其次，早期的 JDK 库不能自动决定最佳的表格尺寸。最后，散列函数应针对实际使用项（Key）的特征设计。考虑到所有这些原因，我们可特别设计一个散列类，令其与特定的应用程序配合，从而改善常规散列表的性能。注意 Java 1.2 集合库的散列映射（HashMap）具有更大的灵活性，而且不会自动同步。
• ■方法内嵌：只有在方法属于 final（最终）、private（专用）或 static（静态）的情况下，Java 编译器才能内嵌这个方法。而且某些情况下，还要求它绝对不可以有局部变量。若代码花大量时间调用一个不含上述任何属性的方法，那么请考虑为其编写一个“final”版本。
• ■I/O：应尽可能使用缓冲。否则，最终也许就是一次仅输入／输出一个字节的恶果。注意 JDK 1.0 的 I/O 类采用了大量同步措施，所以若使用象 readFully() 这样的一个“大批量”调用，然后由自己解释数据，就可获得更佳的性能。也要注意 Java 1.1 的“reader”和“writer”类已针对性能进行了优化。
• ■造型和实例：造型会耗去 2 到 200 个单位的赋值时间。开销更大的甚至要求上溯继承（遗传）结构。其他高代价的操作会损失和恢复更低层结构的能力。
• ■图形：利用剪切技术，减少在 repaint() 中的工作量；倍增缓冲区，提高接收速度；同时利用图形压缩技术，缩短下载时间。来自 JavaWorld 的“Java Applets”以及来自 Sun 的“Performing Animation”是两个很好的教程。请记着使用最贴切的命令。例如，为根据一系列点画一个多边形，和 drawLine() 相比，drawPolygon() 的速度要快得多。如必须画一条单像素粗细的直线，drawLine(x,y,x,y) 的速度比 fillRect(x,y,1,1) 快。
• ■使用 API 类：尽量使用来自 Java API 的类，因为它们本身已针对机器的性能进行了优化。这是用 Java 难于达到的。比如在复制任意长度的一个数组时，arraryCopy() 比使用循环的速度快得多。
• ■替换 API 类：有些时候，API 类提供了比我们希望更多的功能，相应的执行时间也会增加。因此，可定做特别的版本，让它做更少的事情，但可更快地运行。例如，假定一个应用程序需要一个容器来保存大量数组。为加快执行速度，可将原来的 Vector（矢量）替换成更快的动态对象数组。
• 1. 其他建议
• ■将重复的常数计算移至关键循环之外——比如计算固定长度缓冲区的 buffer.length。
• ■static final（静态最终）常数有助于编译器优化程序。
• ■实现固定长度的循环。
• ■使用 javac 的优化选项：-O。它通过内嵌 static，final 以及 private 方法，从而优化编译过的代码。注意类的长度可能会增加（只对 JDK 1.1 而言——更早的版本也许不能执行字节查证）。新型的“Just-in-time”（JIT）编译器会动态加速代码。
• ■尽可能地将计数减至 0——这使用了一个特殊的 JVM 字节码。