改善 Java 程序的151个建议之性能与开源工具
一、提升Java性能的基本方法
1.不要在循环条件中计算
如果在循环条件中计算，则每循环一次就要遍历一次，这会降低系统的效率，例如如下代码：
while(i < count*2){
//do something
}
应该修改为
int total = count * 2;
while(i < count){
//do something
}
2.尽可能把变量、方法声明为final static类型
假设要将阿拉伯数字转化为中文数字，其定义如下：
public String toChineseNum(int num){
//中文数字
String[] cns = {"零","壹",...};
return cns[num];
}
每次调用方法时都会重新生成一个cns数组，注意数组不会改变，属于不变数组，在这种情况下把它声明为类变量，并且加上final static修饰会更合适，有助于提高系统性能。
//中文数字
final static String[] cns = {"零","壹",...};
public String toChineseNum(int num){
return cns[num];
}
3.缩小变量的作用范围
关于变量，能定义在方法内的就定义在方法内，能定义在循环体内的就定义在循环体内，其目的是加快GC的回收
4.频繁字符串使用StringBuilder或StringBuffer
5.使用非线性检索
如果在ArrayList中存储了大量的数据，使用indexOf查找元素会比java.utils.Collections.binarySearch的效率低很多，原因是binarySearch是二分法搜索法，而indexOf使用的是逐个元素比对的方法，但是binarySearch搜索时必须先对元素进行排序
6.覆写Exception的fillInStackTrace方法
fillInStackTrace方法是用来记录异常时的栈信息的，这是一个非常耗时的动作，如果不关注栈信息，可以覆盖之，进而提升系统性能
二、若非必要，不要克隆对象
通过clone方法生成对象时，就会不再执行构造函数，只是内存中数据块的拷贝，但是一般情况下clone的性能要比new的性能好很多，原因如下：
- 构造函数简单，JVM对new做了大量的性能优化
clone方法一般用于构造函数比较复杂的情况，对象属性比较多。
三、推荐使用Guava扩展工具包
说起Guava(石榴)，可能知道它的读者并不多，要是说起Google-collections，相信大部分读者都有所耳闻。2008年Google发布了Google-collections扩展工具包，主要是对JDK的Collection包进行了扩展，2010年Google发布了Guava项目，其中包含了collections、caching、primitives support、concurrency libraries、common annotations、I/O等，这些都是项目编码中的基本工具包，我们大致浏览一下它的主要功能。
1.Collections
com. google.common.collect包中主要包括四部分：不可变集合(Immutable Collections)、多值Map、Table表和集合工具类。
不可变集合
不可变集合包括ImmutableList、ImmutableMap、ImmutableSet、ImmutableSortedMap、ImmutableSortedSet等，它比不可修改集合(Unmodifiable Collections)更容易使用，效率更高，而且占用的内存更少。示例代码如下：
//不可变列表
ImmutableList list = ImmutableList.of("A","B","C");
//不可变Map
ImmutableMap map = ImmutableMap.of(1,"壹",2,"贰",3,"叁");
其中的of方法有多个重载，其目的就是为了便于在初始化的时候直接生成一个不可变集合。
多值Map
多值Map比较简单，在JDK中，Map中的一个键对应一个值，在put一个键值对时，如果键重复了，则会覆盖原有的值，在大多数情况下这比较符合实际应用，但有的时候确实会存在一个键对应多个值的情况，比如我们的通讯录，一个人可能会对应两个或三个号码，此时使用JDK的Map就有点麻烦了。在这种情况下，使用Guava的Multimap可以很好地解决问题，代码如下：
//多值Map
MultimapphoneBook=ArrayListMultimap.create();
phoneBook.put("张三","110");
phoneBook.put("张三","119");
System.out.println(phoneBook.get("张三"));
输出的结果是一个包含两个元素的Collection，这是一种很巧妙的处理方式，可以方便地解决我们开发中的问题。
Table表
在GIS(Geographic Information System，地理信息系统)中，我们经常会把一个地点标注在一个坐标上，比如把上海人民广场标注在北纬31.23、东经121.48的位置上，也就是说只要给出了准确的经度和纬度就可以进行精确的定位——两个键决定一个值，这在Guava中是使用Table来表示的，示例代码如下：
Table g =HashBasedTable.create();
//定义人民广场的经纬度坐标
g.put(31.23,121.48,"人民广场");
//输出坐标点的建筑物
g.get(31.23,121.48);
其实Guava的Table类与我们经常接触的DBRMS表非常类似，可以认为它是一个没有Schema限定的数据表，比如：
//Table，完全类似于数据库表
Table user = HashBasedTable.create();
//第一行、第一列的值是张三
user.put(1,1,"张三");
//第一行、第二列的值是李四
user.put(1,2,"李四");
//第一行第一列是谁
user.get(1,1);
集合工具类
Guava的集合工具类分得比较细，比如Lists、Maps、Sets分别对应的是List、Map、Set的工具类，它们的使用方法比较简单，比如Map的过滤，如下所示。
//姓名、年龄键值对
Map user = new HashMap();
user.put("张三",20);
user.put("李四",22);
user.put("王五",25);
//所有年龄大于20岁的人员
Map filtedMap = Maps.flterValues(user,new Predicate(){
public boolean apply(Integer_age){
return_age>20;
}
});
2.字符串操作
Guava提供了两个非常好用的字符串操作工具：Joiner连接器和Splitter拆分器。当然，字符串的连接和拆分使用JDK的方法也可以实现，但是使用Guava更简单一些，比如字符串的连接，代码如下所示：
//定义连接符号
Joiner joiner=Joiner.on(",");
//可以连接多个对象，不局限于String;如果有null，则跳过
String str=joiner.skipNulls().join("嘿","Guava很不错的。");
Map map = new HashMap();
map.put("张三","普通员工");
map.put("李四","领导");
//键值之间以"是"连接，多个键值以空格分隔
System.out.println(Joiner.on("\r\n").withKeyValueSeparator("是").join(map));
Joiner不仅能够连接字符串，还能够把Map中的键值对串联起来，比直接输出Map优雅了许多。Splitter是做字符拆分的，使用方法也比较简单，示例代码如下：
String str="你好，Guava";
//以"，"中文逗号分隔
for(String s : Splitter.on("，").split(str)){
System.out.println(s);
}
//按照固定长度分隔
for(String s：Splitter.fixedLength(2).split(str)){
System.out.println(s);
}
注意fixedLength方法，它是按照给定长度进行拆分的，比如在进行格式化打印的时候，一行最大可以打印120个字符，此时使用该方法就非常简单了。
3.基本类型工具
基本类型工具在primitives包中，是以基本类型名+s的方式命名的，比如Ints是int的工具类，Doubles是double的工具类，注意这些都是针对基本类型的，而不是针对包装类型的。如下代码所示:
intints={10,9,20,40,80};
//从数组中取出最大值
System.out.println(Ints.max(ints));
List integers = new ArrayList();
//把包装类型的集合转为基本类型数组
ints = Ints.toArray(integers);
Guava还提供了其他操作(如I/O操作)，相对来说功能不是非常强大，不再赘述，读者有兴趣可以自行下载源码研究一番。
四、Apache扩展包
Apache Commons通用扩展包基本上是每个项目都会使用的，只是使用的多少不同而已。
1.Lang
Apache Lang在开发中是最常使用的，更新频率很高
- 字符串操作工具类：诸如StringUtils(基本的String操作类)、StringEscapeUtils(String的转义工具)、RandomStringUtils(随机字符串工具)等
- Object工具类：覆写equals、hashCode,toString方法会用到
- 可变的基本类型：包装类型的运算会用到
- 其它Utils工具：日期方面主要提供DateUtils和DateFormatUtils两个工具类，没有Joda强大
2.BeanUtils
它是JavaBean的操作工具包，不仅可以实现属性的拷贝，转换等，还可以建立动态的Bean,甚至加你一些自由度很高的bean
- 属性拷贝：PO与VO之间的转换
- 动态Bean和自由Bean
- 转换器
3.Collections
Collections工具包提供了ListUtils、MapUtils等基本集合操作工具
- Bag：可以荣南重复元素，提供重复统计的功能
- lazy系列
- 双向Map：key和value都是唯一的
五、推荐使用Joda日期时间扩展包
开发一个项目必然要和日期时间打交道，特别是一些全球性的项目，必须要考虑语言和时区问题，但是在JDK中，日期时间的操作比较麻烦，例如1000小时后是星期几，伦敦时间是几点等，这里介绍一下通过Joda开源包来操作时间的方法，非常简单方便。
1.本地格式的日期时间
依据操作系统或指定的区域输出日期或时间，例如：
//当前时间戳
DateTime dt=new DateTime();
//输出英文星期
dt.dayOfWeek().getAsText(Locale.ENGLISH);
//本地日期格式
dt.toLocalDate();
//日期格式化
dt.toString(DateTimeFormat.forPattern("yyyy年M月d日"));
2.日期计算
这是Joda最方便的地方，也是JDK最麻烦的地方，比如我们要计算100天后是星期几，直接使用JDK提供的日期类会非常麻烦，使用Joda就简单很多，例如：
//当前时间戳
DateTime dt=new DateTime();
//加100小时是星期几
dt.plusHours(100).dayOfWeek();
//100天后的日期
dt.plusDays(100).toLocalDate();
//10年前的今天是星期几
dt.minusYears(10).dayOfWeek().getAsText();
//离地球毁灭还有多少小时
Hours.hoursBetween(dt, new DateTime("2012-12-21")).getHours();
这里需要注意的是，DateTime是一个不可变类型，与String非常类似，即使通过plusXXX、minusXX等方法进行操作，dt对象仍然不会变，只是新生成一个DateTime对象而已。但是，Joda也提供了一个可变类型的日期对象：MutableDateTime类，这样，日期的加减操作就更加方便了，比如列出10年内的黑色星期五，实现代码如下(此实现若用JDK的类来计算会异常复杂，读者可以尝试一下)：
//当前可变时间
MutableDateTime mdt=new MutableDateTime();
//10年后的日期
DateTime destDateTime=dt.plusYears(10);
while(mdt.isBefore(destDateTime)){
//循环一次加1天
mdt.addDays(1);
//是13号，并且是星期五
if(mdt.getDayOfMonth() == 13 && mdt.getDayOfWeek()==5){
//打印出10年内所有的黑色星期五
System.out.println("黑色星期五:" + mdt);
}
}
3.时区时间
这个比较简单实用，给定一个时区或地区代码即可计算出该时区的时间，比如在一个全球系统中，数据库中全部是按照标准时间来记录的，但是在展示层要按照不同的用户、不同的时区展现，这就涉及时区计算了，代码如下：
//当前时间戳
DateTime dt=new DateTime();
//此时伦敦市的时间
dt.withZone(DateTimeZone.forID("Europe/London"));
//计算出标准时间
dt.withZone(DateTimeZone.UTC);
Joda还有一个优点，它可以与JDK的日期库方便地进行转换，可以从java.util.Date类型转为Joda的DateTime类型，也可以从Joda的DateTime转为java.util.Date，代码如下：
DateTime dt=new DateTime();
//Joda的DateTime转为JDK的Date
Date jdkDate=dt.toDate();
//JDK的Date转为Joda的DateTime
dt=new DateTime(jdkDate);
经过这样的转换，Joda可以很好地与现有的日期类保持兼容，在需要复杂的日期计算时使用Joda，在需要与其他系统通信或写到持久层中时则使用JDK的Date。Joda是一种令人惊奇的高效工具，无论是计算日期、打印日期，或是解析日期，Joda都是首选，当然日期工具类也可以选择date4j，它也是一个不错的开源工具，这里就不再赘述了。
六、可以选择多种Collection扩展
为什么这么多的开源框架热衷于Collections的扩展呢？是因为我们程序(经典的定义：程序=算法+数据结构，想想看数据结构是为谁而服务的)主要处理的是一大批数据，而能容纳大量数据的也就是Collections类和数组了，但是数据的格式具有多样性，比如数据映射关系多样，数据类型多样等，下面我们再介绍三个比较有个性的Collections扩展工具包。
1.fastutil
fastutil(按照Java的拼写规则应该为FastUtil，但是官网就是这样命名的，我们尊重官方)是一个更新比较频繁的工具包，它的最新版本是6.3，主要提供了两种功能：一种是限定键值类型(Type Specific)的Map、List、Set等，另一种是大容量的集合。我们先来看示例代码：
//明确键类型的Map
Int2ObjectMapmap=new Int2ObjectOpenHashMap();
map.put(100，"A");
//超大容量的List，注意调整JVM的Heap内存
BigListbigList=new ObjectBigArrayBigList(
1L+Integer.MAX_VALUE);
//基本类型的集合，不再使用Integer包装类型
IntArrayList arrayList=new IntArrayList();
这里要特别注意的是大容量集合，什么叫大容量集合呢？我们知道一个Collection的最大容量是Integer的最大值(2 147 483 647)，不能超过这个容量，一旦我们需要把一组超大的数据放到集合中，就必须要考虑对此进行拆分了，这会导致程序的复杂性提高，而fastutil则提供了Big系列的集合，它的最大容量是Long的最大值，这已经是一个非常庞大的数字了，超过这个容量基本上是不可能的。但在使用它的时候需要考虑内存溢出的问题，注意调节Java的mx参数配置。
2.Trove
Trove提供了一个快速、高效、低内存消耗的Collection集合，并且还提供了过滤和拦截的功能，同时还提供了基本类型的集合，示例代码如下：
//基本类型的集合，不使用包装类型
TIntList intList=new TIntArrayList();
//每个元素值乘以2
intList.transformValues(new TIntFunction(){
public int execute(int element){
return element*2;
}
});
//过滤，把大于200的元素组成一个新的列表
TIntList t2=intList.grep(new TIntProcedure(){
public boolean execute(int_element){
return_element>200;
}
});
//包装为JDK的List
Listlist=new TIntListDecorator(intList);
//键类型确定Map
TIntObjectMapmap=new TIntObjectHashMap();
Trove的最大优势是在高性能上，在进行一般的增加、修改、删除操作时，Trove的响应时间比JDK的集合少一个数量级，比fastutil也会高很多，因此在高性能项目中要考虑使用Trove。
3.lambdaj
lambdaj是一个纯净的集合操作工具，它不会提供任何的集合扩展，只会提供对集合的操作，比如查询、过滤、统一初始化等，特别是它的查询操作，非常类似于DBRMS上的SQL语句，而且也会提供诸如求和、求平均值等的方法，示例代码如下：
Listints=new ArrayList();
//计算平均值
Lambda.avg(ints);
//统计每个元素出现的次数，返回的是一个Map
Lambda.count(ints);
//按照年龄排序
Listpersons=new ArrayList();
Lambda.sort(persons, Lambda.on(Person.class).getAge()));
//串联所有元素的指定属性，输出为：张三，李四，王五
Lambda.joinFrom(persons).getName();
//过滤出年龄大于20岁的所用元素，输出为一个子列表
Lambda.select(persons, new BaseMatcher(){
@Override
public boolean matches(Object_person){
Person p=(Person)_person;
return p.getAge()>20;
}
public void describeTo(Description desc){
}
});
//查找出最大年龄
Lambda.maxFrom(persons).getAge();
//抽取出所有姓名形成一个数组
Lambda.extract(persons, Lambda.on(Person.class).getName()));
lambdaj算是一个比较年轻的开源工具，但是它符合开发人员的习惯，对集合的操作提供了"One Line"式的解决方法，可以大大缩减代码的数量，而且也不会导致代码的可读性降低，读者可以在下一个项目中使用此类开源工具。