java数据结构分析及优化

转java开发同事整理的java知识点梳理，对偶很有帮助，希望对各位也有所帮助

 

全文：

使用java很多年了，但一直都是用它做后台，没有做过前台。在java的构架方面，知道很少（如spring, hibernate），但对java如何做后台，还是有比较深刻的理解，对jdk的源码，也做过很多分析。再次把这些和数据结构有关的东西总结一下，算是对多年使用的java的一个敬意吧。

 

第一点：java基础元素的内存占用

 

    从上面的数据可以明显看出来，java自带复杂数据结构（list, map)等，因为他们采用的都是Object作为模板参数，故占用内存都很严重。如果可以，可以采用gnu的trove库来替换java的库。

参考文献：http://www.javamex.com/tutorials/memory/string_memory_usage.shtml

 

第二点：java为啥比较慢

 

1、java的分配内存

java只把内嵌类型分配到堆栈上面，所有Object类型都分配到堆上面。
c++可以把局部变量都分配到堆栈上面。
显然，根据已有测试结果，访问堆栈的速度要远高于堆的速度。

启示1：c++不要返回structure，可以用引用先传入返回对象；
启示2：java对象不要随便抛弃，尽量延长其生命周期；但并不是说要维持一个对象pool；

2、java没有真正的模板

没有模板的缺点就在于需要进行类型转换。类型转换是一个很耗时的操作。

3、xxx

4、c++的内存占用如何？

tr1自带的hashmap(int,int)，一个占用16字节，是实际数据的2倍；
stl自带的map(int,int)，一个占用32字节，是实际数据的4倍；
自己写的话，常见的是1.2倍左右的空间占用。

 

5、为什么java版本的底层结构效率不佳？

a）java没有数组转对象的功能
b）java对象内存位置是自动分配，无法控制

参考：http://www.jelovic.com/articles/why_java_is_slow.htm
参考：http://www.idiom.com/~zilla/Computer/javaCbenchmark.html

 

第三点：java的优化建议

 

1、rule No1：不要优化代码！

注：必须编写足够可读的代码；

2、rule No2：选定优化目标

注：一般只有20%左右的代码是瓶颈所在

3、通用优化技术

 

A、操作符简约
注：如把"/=2^n"简化为">>=n"；

 

B、公共表达式提取
注：
double x=d*a*b;
double y=e*a*b;
可以修改为：
c=a*b;
x=d*c;
y=e*c; // 后2句在cpu层次可以并行计算

 

C、预先计算不变的值
如：
for(int i=0;i<N;i++)
 x[i] = Math.PI*Math.cos(y)*i;
可以修改为：
double d = Math.PI*Math.cos(y);
for(int i=0;i<N;i++)
 x[i] = d*i;
 

D、部分展开循环
如：
for(int i=0;i<N;i++)
 x[i]=i;
可以修改为：
for(int i=0;i<N;i+=3)
{
 x[i]=i;
 x[i+1]=i+1;
 x[i+2]=i+2;
}

 

E、try结束循环技术
如：
for(int i=0;i<a.length;i++)
 a[i]=i*i;
修改为：
try{
 for(int i=0;;i++)
  a[i]=i*i;
}catch(Exception nouse)
{
}
注意：这种技术节约了一次判断，只有在循环次数时很大（过千万）时才有效；

 

4、对基本数据结构的说明

 

A、数组拷贝，用System.arraycopy
B、Arrays.sort方法在sort对象数组的时候，采用的是稳定的归并排序
C、Arrays.sort方法在sort内嵌类型数组的时候，采用的不是introsort，不要希望它有stl::sort的速度
D、Collections.sort方法会先把List拷贝成Array，然后调用Arrays.sort，速度很慢
E、ArrayList的自增长比例是1.5，即每次不够了自动增长50%(+1)
F、BitSet内部使用long数组来实现，在32位机器上面的速度不高
G、HashMap的默认填充率是0.75
H、PriorityQueue虽然是最小堆的数值实现，但其速度很慢，量大的时候，不如TreeMap
I、Vector和ArrayList都不能用作需要删除操作的数组，如果需要，建议自己实现，可以采用延迟删除策略
J、Map和HashMap都和c++的stl::map和stl::hashtable实现算法一样
K、StringBuilder和StringBuffer的不同点在于后者可以多线程调用（自然速度就更慢）
L、注意String著名的内存泄露问题！对于原始字符串很长时一定注意不要随便调用substring方法，应该直接拷贝

 

5、对正则表达式的说明

 

A、千万注意String.split方法，它的效率特别低，每次都需要编译表达式！
B、不要使用：
 X+
   修改为：
   X{1,1024}
   原因在于前者在输入为1000个X的时候，会导致堆栈（即函数调用）有1000多层，内存不足；

 

6、选用最新的jvm和采用-server选项

注：只有采用-server选项后，jvm才会预先编译（否则就看hotspot的心情了）

误区：

1、方法必须加final，并且不能使用任何非final的局部变量，才能被inline
注：所有的方法都能被inline（虽然Jvm可能选择不inline）

2、类必须加上final，才能够让方法可能被inline
注：hotspot的好处就在于它有deoptimize的能力，在检测到方法不应该被inline时，它能够自我更正，重新inline
注：当然了，如果可以加上final，避免hotspot额外工作。

参考文献：http://java.sun.com/products/hotspot/docs/general/hs2.html
参考文献：http://lotusroots.bokee.com/5886635.html