Java程序的性能优化StringBuffer与Vector

Java使得复杂应用的开发变得相对简单毫无疑问它的这种易用性对Java的大范围流行功不可没然而这种易用性实际上是一把双刃剑一个设计良好的Java程序性能表现往往不如一个同样设计良好的C++程序在Java程序中性能问题的大部分原因并不在于Java语言而是在于程序本身养成好的代码编写习惯非常重要比如正确地巧妙地运用javalangString类和javautilVector类它能够显着地提高程序的性能下面我们就来具体地分析一下这方面的问题

在java中使用最频繁同时也是滥用最多的一个类或许就是javalangString它也是导致代码性能低下最主要的原因之一请考虑下面这个例子

String s = Testing String;

String s = Concatenation Performance;

String s = s + + s;

几乎所有的Java程序员都知道上面的代码效率不高那么我们应该怎么办呢？也许可以试试下面这种代码

StringBuffer s = new StringBuffer();

sappend(Testing String);

sappend( );

sappend(Concatenation Performance);

String s = stoString();

这些代码会比第一个代码片段效率更高吗？答案是否定的这里的代码实际上正是编译器编译第一个代码片段之后的结果既然与使用多个独立的String对象相比StringBuffer并没有使代码有任何效率上的提高那为什么有那么多Java书籍批评第一种方法推荐使用第二种方法？

第二个代码片段用到了StringBuffer类（编译器在第一个片段中也将使用StringBuffer类）我们来分析一下StringBuffer类的默认构造函数下面是它的代码

public StringBuffer() { this(); }

默认构造函数预设了个字符的缓存容量现在我们再来看看StringBuffer类的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()方法首先计算字符串追加完成后的总长度如果这个总长度大于StringBuffer的存储能力append()方法调用私有的expandCapacity()方法expandCapacity()方法在每次被调用时使StringBuffer存储能力加倍并把现有的字符数组内容复制到新的存储空间

在第二个代码片段中（以及在第一个代码片段的编译结果中）由于字符串追加操作的最后结果是Testing String Concatenation Performance它有个字符StringBuffer的存储能力必须扩展两次从而导致了两次代价昂贵的复制操作因此我们至少有一点可以做得比编译器更好这就是分配一个初始存储容量大于或者等于个字符的StringBuffer如下所示

StringBuffer s = new StringBuffer();

sappend(Testing String);

sappend( );

sappend(Concatenation Performance);

String s = stoString();

再考虑下面这个例子

String s = ;

int sum = ;

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

sum += I;

s = s + + +I ;

}

s = s + = + sum;

分析一下为何前面的代码比下面的代码效率低

StringBuffer sb = new StringBuffer();

int sum = ;

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

sum + = I;

sbappend(I)append(+);

}

String s = sbappend(=)append(sum)toString();

原因就在于每个s = s + + + I操作都要创建并拆除一个StringBuffer对象以及一个String 对象这完全是一种浪费而在第二个例子中我们避免了这种情况

我们再来看看另外一个常用的Java类——javautilVector简单地说一个Vector就是一个javalangObject实例的数组Vector与数组相似它的元素可以通过整数形式的索引访问但是Vector类型的对象在创建之后对象的大小能够根据元素的增加或者删除而扩展缩小请考虑下面这个向Vector加入元素的例子

Object obj = new Object();

Vector v = new Vector();

for(int I=; I<; I++) { vadd(obj); }

除非有绝对充足的理由要求每次都把新元素插入到Vector的前面否则上面的代码对性能不利在默认构造函数中Vector的初始存储能力是个元素如果新元素加入时存储能力不足则以后存储能力每次加倍Vector类就象StringBuffer类一样每次扩展存储能力时所有现有的元素都要复制到新的存储空间之中下面的代码片段要比前面的例子快几个数量级

Object obj = new Object();

Vector v = new Vector();

for(int I=; I<; I++) { vadd(obj); }

同样的规则也适用于Vector类的remove()方法由于Vector中各个元素之间不能含有空隙删除除最后一个元素之外的任意其他元素都导致被删除元素之后的元素向前移动也就是说从Vector删除最后一个元素要比删除第一个元素开销低好几倍

假设要从前面的Vector删除所有元素我们可以使用这种代码

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

但是与下面的代码相比前面的代码要慢几个数量级

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

从Vector类型的对象v删除所有元素的最好方法是

vremoveAllElements();

假设Vector类型的对象v包含字符串Hello考虑下面的代码它要从这个Vector中删除Hello字符串

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

这些代码看起来没什么错误但它同样对性能不利在这段代码中indexOf()方法对v进行顺序搜索寻找字符串Helloremove(s)方法也要进行同样的顺序搜索改进之后的版本是

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

这个版本中我们直接在remove()方法中给出待删除元素的精确索引位置从而避免了第二次搜索一个更好的版本是

String s = Hello; vremove(s);

最后我们再来看一个有关Vector类的代码片段

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

如果v包含个元素这个代码片段将调用vsize()方法次虽然size方法是一个简单的方法但它仍旧需要一次方法调用的开销至少JVM需要为它配置以及清除堆栈环境在这里for循环内部的代码不会以任何方式修改Vector类型对象v的大小因此上面的代码最好改写成下面这种形式

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

虽然这是一个简单的改动但它仍旧赢得了性能毕竟每一个CPU周期都是宝贵的拙劣的代码编写方式导致代码性能下降但是正如本文例子所显示的我们只要采取一些简单的措施就能够显着地改善代码性能