Java性能优化集锦

 一、通用篇

    “通用篇”讨论的问题适合于大多数Java应用。


    1.1 不用new关键词创建类的实例


    用new关键词创建类的实例时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。但如
果一个对象实现了Cloneable接口，我们可以调用它的clone()方法。clone()方法不会调
用任何类构造函数。


    在使用设计模式（Design Pattern）的场合，如果用Factory模式创建对象，则改用
clone()方法创建新的对象实例非常简单。例如，下面是Factory模式的一个典型实现：


    public static Credit getNewCredit() {return new Credit();} 
 



    改进后的代码使用clone()方法，如下所示：


    private static Credit BaseCredit = new Credit();
    public static Credit getNewCredit() {
    return (Credit) BaseCredit.clone();} 
 




    上面的思路对于数组处理同样很有用。


    1.2 使用非阻塞I/O


    版本较低的JDK不支持非阻塞I/O API。为避免I/O阻塞，一些应用采用了创建大量线
程的办法（在较好的情况下，会使用一个缓冲池）。这种技术可以在许多必须支持并发
I/O流的应用中见到，如Web服务器、报价和拍卖应用等。然而，创建Java线程需要相当
可观的开销。


    JDK 1.4引入了非阻塞的I/O库（java.nio）。如果应用要求使用版本较早的JDK，在
这里有一个支持非阻塞I/O的软件包。


    1.3 慎用异常


    异常对性能不利。抛出异常首先要创建一个新的对象。Throwable接口的构造函数调
用名为fillInStackTrace()的本地（Native）方法，fillInStackTrace()方法检查堆
栈，收集调用跟踪信息。只要有异常被抛出，VM就必须调整调用堆栈，因为在处理过程
中创建了一个新的对象。


    异常只能用于错误处理，不应该用来控制程序流程。


    1.4 不要重复初始化变量


    默认情况下，调用类的构造函数时， Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象
被设置成null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double变量设
置成0.0，逻辑值设置成false。当一个类从另一个类派生时，这一点尤其应该注意，因
为用new关键词创建一个对象时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。


    1.5 尽量指定类的final修饰符


    带有final修饰符的类是不可派生的。在Java核心API中，有许多应用final的例子，
例如java.lang.String。为String类指定final防止了人们覆盖length()方法。


    另外，如果指定一个类为final，则该类所有的方法都是final。Java编译器会寻找
机会内联（inline）所有的final方法（这和具体的编译器实现有关）。此举能够使性能
平均提高50%。


    1.6 尽量使用局部变量


    调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈（Stack）中，速度
较快。其他变量，如静态变量、实例变量等，都在堆（Heap）中创建，速度较慢。另
外，依赖于具体的编译器/JVM，局部变量还可能得到进一步优化。


    1.7 乘法和除法


    考虑下面的代码：


    for (val = 0; val < 100000; val +=5) 
        { alterX = val * 8; myResult = val * 2; } 
 



    用移位操作替代乘法操作可以极大地提高性能。下面是修改后的代码：


    for (val = 0; val < 100000; val += 5)
        { alterX = val << 3; myResult = val << 1; } 
 




    修改后的代码不再做乘以8的操作，而是改用等价的左移3位操作，每左移1位相当于
乘以2。相应地，右移1位操作相当于除以2。值得一提的是，虽然移位操作速度快，但可
能使代码比较难于理解，所以最好加上一些注释。

    
    二、JSP、EJB、JDBC    

    前面介绍的改善性能技巧适合于大多数Java应用，接下来要讨论的问题适合于使用
JSP、EJB或JDBC的应用。

1. 使用缓冲标记

一些应用服务器加入了面向JSP的缓冲标记功能。例如，BEA的WebLogic Server从6.0版
本开始支持这个功能，Open Symphony工程也同样支持这个功能。JSP缓冲标记既能够缓
冲页面片断，也能够缓冲整个页面。当JSP页面执行时，如果目标片断已经在缓冲之中，
则生成该片断的代码就不用再执行。页面级缓冲捕获对指定URL的请求，并缓冲整个结果
页面。对于购物篮、目录以及门户网站的主页来说，这个功能极其有用。对于这类应
用，页面级缓冲能够保存页面执行的结果，供后继请求使用。

对于代码逻辑复杂的页面，利用缓冲标记提高性能的效果比较明显；反之，效果可能略
逊一筹。

2. 始终通过会话Bean访问实体Bean

直接访问实体Bean不利于性能。当客户程序远程访问实体Bean时，每一个get方法都是一
个远程调用。访问实体Bean的会话Bean是本地的，能够把所有数据组织成一个结构，然
后返回它的值。

用会话Bean封装对实体Bean的访问能够改进事务管理，因为会话Bean只有在到达事务边
界时才会提交。每一个对get方法的直接调用产生一个事务，容器将在每一个实体Bean的
事务之后执行一个“装入-读取”操作。一些时候，使用实体Bean会导致程序性能不佳。
如果实体Bean的唯一用途就是提取和更新数据，改成在会话Bean之内利用JDBC访问数据
库可以得到更好的性能。

3. 选择合适的引用机制

在典型的JSP应用系统中，页头、页脚部分往往被抽取出来，然后根据需要引入页头、页
脚。当前，在JSP页面中引入外部资源的方法主要有两种：include指令，以及include动
作。

include指令：例如


<%@ include file="copyright.html" %>
 



该指令在编译时引入指定的资源。在编译之前，带有include指令的页面和指定的资源被
合并成一个文件。被引用的外部资源在编译时就确定，比运行时才确定资源更高效。 

include动作：例如 


<jsp:include page="copyright.jsp" />
 



该动作引入指定页面执行后生成的结果。由于它在运行时完成，因此对输出结果的控制
更加灵活。但时，只有当被引用的内容频繁地改变时，或者在对主页面的请求没有出现
之前，被引用的页面无法确定时，使用include动作才合算。 

4. 在部署描述器中设置只读属性 

实体Bean的部署描述器允许把所有get方法设置成“只读”。当某个事务单元的工作只包
含执行读取操作的方法时，设置只读属性有利于提高性能，因为容器不必再执行存储操
作。



5. 缓冲对EJB Home的访问 

EJB Home接口通过JNDI名称查找获得。这个操作需要相当可观的开销。JNDI查找最好放
入Servlet的init()方法里面。如果应用中多处频繁地出现EJB访问，最好创建一个
EJBHomeCache类。EJBHomeCache类一般应该作为singleton实现。 

6. 为EJB实现本地接口 

本地接口是EJB 2.0规范新增的内容，它使得Bean能够避免远程调用的开销。请考虑下面
的代码。 


PayBeanHome home = (PayBeanHome)
javax.rmi.PortableRemoteObject.narrow
(ctx.lookup ("PayBeanHome"), PayBeanHome.class); 
PayBean bean = (PayBean)
javax.rmi.PortableRemoteObject.narrow 
(home.create(), PayBean.class);
 



第一个语句表示我们要寻找Bean的Home接口。这个查找通过JNDI进行，它是一个RMI调
用。然后，我们定位远程对象，返回代理引用，这也是一个RMI调用。第二个语句示范了
如何创建一个实例，涉及了创建IIOP请求并在网络上传输请求的stub程序，它也是一个
RMI调用。要实现本地接口，我们必须作如下修改： 

方法不能再抛出java.rmi.RemoteException异常，包括从RemoteException派生的异常，
比如TransactionRequiredException、TransactionRolledBackException和
NoSuchObjectException。EJB提供了等价的本地异常，如
TransactionRequiredLocalException、TransactionRolledBackLocalException和
NoSuchObjectLocalException。 

所有数据和返回值都通过引用的方式传递，而不是传递值。本地接口必须在EJB部署的机
器上使用。简而言之，客户程序和提供服务的组件必须在同一个JVM上运行。如果Bean实
现了本地接口，则其引用不可串行化。 

7. 生成主键

在EJB之内生成主键有许多途径，下面分析了几种常见的办法以及它们的特点。利用数据
库内建的标识机制（SQL Server的IDENTITY或Oracle的SEQUENCE）。这种方法的缺点是
EJB可移植性差。由实体Bean自己计算主键值（比如做增量操作）。它的缺点是要求事务
可串行化，而且速度也较慢。

利用NTP之类的时钟服务。这要求有面向特定平台的本地代码，从而把Bean固定到了特定
的OS之上。另外，它还导致了这样一种可能，即在多CPU的服务器上，同一个毫秒之内生
成了两个主键。借鉴Microsoft的思路，在Bean中创建一个GUID。然而，如果不求助于
JNI，Java不能确定网卡的MAC地址；如果使用JNI，则程序就要依赖于特定的OS。

还有其他几种办法，但这些办法同样都有各自的局限。似乎只有一个答案比较理想：结
合运用RMI和JNDI。先通过RMI注册把RMI远程对象绑定到JNDI树。客户程序通过JNDI进行
查找。下面是一个例子：


public class keyGenerator
extends UnicastRemoteObject implements
Remote { private static long KeyValue = System.currentTimeMillis();
public static synchronized long getKey()
throws RemoteException { return KeyValue++; }
 



8. 及时清除不再需要的会话 

为了清除不再活动的会话，许多应用服务器都有默认的会话超时时间，一般为30分钟。
当应用服务器需要保存更多会话时，如果内存容量不足，操作系统会把部分内存数据转
移到磁盘，应用服务器也可能根据“最近最频繁使用”（Most Recently Used）算法把
部分不活跃的会话转储到磁盘，甚至可能抛出“内存不足”异常。在大规模系统中，串
行化会话的代价是很昂贵的。当会话不再需要时，应当及时调用
HttpSession.invalidate()方法清除会话。HttpSession.invalidate()方法通常可以在
应用的退出页面调用。 

9. 在JSP页面中关闭无用的会话 

对于那些无需跟踪会话状态的页面，关闭自动创建的会话可以节省一些资源。使用如下
page指令： 


<%@ page session="false"%>
 



10. Servlet与内存使用 

许多开发者随意地把大量信息保存到用户会话之中。一些时候，保存在会话中的对象没
有及时地被垃圾回收机制回收。从性能上看，典型的症状是用户感到系统周期性地变
慢，却又不能把原因归于任何一个具体的组件。如果监视JVM的堆空间，它的表现是内存
占用不正常地大起大落。解决这类内存问题主要有二种办法。第一种办法是，在所有作
用范围为会话的Bean中实现HttpSessionBindingListener接口。这样，只要实现
valueUnbound()方法，就可以显式地释放Bean使用的资源。 

另外一种办法就是尽快地把会话作废。大多数应用服务器都有设置会话作废间隔时间的
选项。另外，也可以用编程的方式调用会话的setMaxInactiveInterval()方法，该方法
用来设定在作废会话之前，Servlet容器允许的客户请求的最大间隔时间，以秒计算。 

11. HTTP Keep-Alive 

Keep-Alive功能使客户端到服务器端的连接持续有效，当出现对服务器的后继请求时，
Keep-Alive功能避免了建立或者重新建立连接。市场上的大部分Web服务器，包括
iPlanet、IIS和Apache，都支持HTTP Keep-Alive。对于提供静态内容的网站来说，这个
功能通常很有用。但是，对于负担较重的网站来说，这里存在另外一个问题：虽然为客
户保留打开的连接有一定的好处，但它同样影响了性能，因为在处理暂停期间，本来可
以释放的资源仍旧被占用。当Web服务器和应用服务器在同一台机器上运行时，Keep-
Alive功能对资源利用的影响尤其突出。 

12. JDBC与Unicode 

想必你已经了解一些使用JDBC时提高性能的措施，比如利用连接池、正确地选择存储过
程和直接执行的SQL、从结果集删除多余的列、预先编译SQL语句，等等。除了这些显而
易见的选择之外，另一个提高性能的好选择可能就是把所有的字符数据都保存为Unicode
（代码页13488）。Java以Unicode形式处理所有数据，因此，数据库驱动程序不必再执
行转换过程。但应该记住：如果采用这种方式，数据库会变得更大，因为每个Unicode字
符需要2个字节存储空间。另外，如果有其他非Unicode的程序访问数据库，性能问题仍
旧会出现，因为这时数据库驱动程序仍旧必须执行转换过程。
13. JDBC与I/O

如果应用程序需要访问一个规模很大的数据集，则应当考虑使用块提取方式。默认情况
下，JDBC每次提取32行数据。举例来说，假设我们要遍历一个5000行的记录集，JDBC必
须调用数据库157次才能提取到全部数据。如果把块大小改成512，则调用数据库的次数
将减少到10次。在一些情形下这种技术无效。例如，如果使用可滚动的记录集，或者在
查询中指定了FOR UPDATE，则块操作方式不再有效。

14. 内存数据库

许多应用需要以用户为单位在会话对象中保存相当数量的数据，典型的应用如购物篮和
目录等。由于这类数据可以按照行/列的形式组织，因此，许多应用创建了庞大的Vector
或HashMap。在会话中保存这类数据极大地限制了应用的可伸缩性，因为服务器拥有的内
存至少必须达到每个会话占用的内存数量乘以并发用户最大数量，它不仅使服务器价格
昂贵，而且垃圾收集的时间间隔也可能延长到难以忍受的程度。

一些人把购物篮/目录功能转移到数据库层，在一定程度上提高了可伸缩性。然而，把这
部分功能放到数据库层也存在问题，且问题的根源与大多数关系数据库系统的体系结构
有关。对于关系数据库来说，运行时的重要原则之一是确保所有的写入操作稳定、可
靠，因而，所有的性能问题都与物理上把数据写入磁盘的能力有关。关系数据库力图减
少I/O操作，特别是对于读操作，但实现该目标的主要途径只是执行一套实现缓冲机制的
复杂算法，而这正是数据库层第一号性能瓶颈通常总是CPU的主要原因。

一种替代传统关系数据库的方案是，使用在内存中运行的数据库（In-memory 
Database），例如TimesTen。内存数据库的出发点是允许数据临时地写入，但这些数据
不必永久地保存到磁盘上，所有的操作都在内存中进行。这样，内存数据库不需要复杂
的算法来减少I/O操作，而且可以采用比较简单的加锁机制，因而速度很快。

    三、图形界面应用

这一篇中介绍的内容适合于图形用户界面的应用（Applet和普通应用），要用到AWT或
Swing。 1. 用JAR压缩类文件

Java档案文件（JAR文件）是根据JavaBean标准压缩的文件，是发布JavaBean组件的主要
方式和推荐方式。JAR档案有助于减少文件体积，缩短下载时间。例如，它有助于Applet
提高启动速度。一个JAR文件可以包含一个或者多个相关的Bean以及支持文件，比如图
形、声音、HTML和其他资源。要在HTML/JSP文件中指定JAR文件，只需在Applet标记中加
入ARCHIVE = "name.jar"声明。

2. 提示Applet装入进程

你是否看到过使用Applet的网站，注意到在应该运行Applet的地方出现了一个占位符？
当Applet的下载时间较长时，会发生什么事情？最大的可能就是用户掉头离去。在这种
情况下，显示一个Applet正在下载的信息无疑有助于鼓励用户继续等待。下面我们来看
看一种具体的实现方法。首先创建一个很小的Applet，该Applet负责在后台下载正式的
Applet：


import java.applet.Applet;
import java.applet.AppletStub;
import java.awt.Label;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.GridLayout;
public class PreLoader extends Applet implements Runnable, AppletStub {
String largeAppletName;
Label label;
public void init() {
// 要求装载的正式Applet
largeAppletName = getParameter("applet");// “请稍等”提示信息
label = new Label("请稍等..." + largeAppletName);
add(label);
}
public void run(){
try 
{
// 获得待装载Applet的类
Class largeAppletClass = Class.forName(largeAppletName);
// 创建待装载Applet的实例
Applet largeApplet = (Applet)largeAppletClass.newInstance();
// 设置该Applet的Stub程序
largeApplet.setStub(this);
// 取消“请稍等”信息
remove(label);
// 设置布局
setLayout(new GridLayout(1, 0));
add(largeApplet);
// 显示正式的Applet
largeApplet.init();
largeApplet.start();
}
catch (Exception ex)
{
// 显示错误信息
label.setText("不能装入指定的Applet");
}
// 刷新屏幕
validate();
}
public void appletResize(int width, int height)
{
// 把appletResize调用从stub程序传递到Applet
resize(width, height);
}
}
 





编译后的代码小于2K，下载速度很快。代码中有几个地方值得注意。首先，PreLoader实
现了AppletStub接口。一般地，Applet从调用者判断自己的codebase。在本例中，我们
必须调用setStub()告诉Applet到哪里提取这个信息。另一个值得注意的地方是，
AppletStub接口包含许多和Applet类一样的方法，但appletResize()方法除外。这里我
们把对appletResize()方法的调用传递给了resize()方法。 

3. 在画出图形之前预先装入它 

ImageObserver接口可用来接收图形装入的提示信息。ImageObserver接口只有一个方法
imageUpdate()，能够用一次repaint()操作在屏幕上画出图形。下面提供了一个例子。 


public boolean imageUpdate(Image img, int flags, int x, int y, int w, int h) 
{
if ((flags & ALLBITS) !=0 {
repaint();
}
else if (flags & (ERROR |ABORT )) != 0) {
error = true;
// 文件没有找到，考虑显示一个占位符
repaint();
}
return (flags & (ALLBITS | ERROR| ABORT)) == 0;
}
 



当图形信息可用时，imageUpdate()方法被调用。如果需要进一步更新，该方法返回
true；如果所需信息已经得到，该方法返回false。 

4. 覆盖update方法 

update()方法的默认动作是清除屏幕，然后调用paint()方法。如果使用默认的update()
方法，频繁使用图形的应用可能出现显示闪烁现象。要避免在paint()调用之前的屏幕清
除操作，只需按照如下方式覆盖update()方法： 


public void update(Graphics g) {
paint(g);
}
 



更理想的方案是：覆盖update()，只重画屏幕上发生变化的区域，如下所示: 


public void update(Graphics g) {
g.clipRect(x, y, w, h);
paint(g);
}
 
5. 延迟重画操作

对于图形用户界面的应用来说，性能低下的主要原因往往可以归结为重画屏幕的效率低
下。当用户改变窗口大小或者滚动一个窗口时，这一点通常可以很明显地观察到。改变
窗口大小或者滚动屏幕之类的操作导致重画屏幕事件大量地、快速地生成，甚至超过了
相关代码的执行速度。对付这个问题最好的办法是忽略所有“迟到”的事件。

建议在这里引入一个数毫秒的时差，即如果我们立即接收到了另一个重画事件，可以停
止处理当前事件转而处理最后一个收到的重画事件；否则，我们继续进行当前的重画过
程。

如果事件要启动一项耗时的工作，分离出一个工作线程是一种较好的处理方式；否则，
一些部件可能被“冻结”，因为每次只能处理一个事件。下面提供了一个事件处理的简
单例子，但经过扩展后它可以用来控制工作线程。


public static void runOnce(String id, final long milliseconds) {
synchronized(e_queue) {
// e_queue: 所有事件的集合
if (!e_queue.containsKey(id)) {
e_queue.put(token, new LastOne());
}
}
final LastOne lastOne = (LastOne) e_queue.get(token);
final long time = System.currentTimeMillis(); // 获得当前时间
lastOne.time = time;
(new Thread() {public void run() {
if (milliseconds > 0) {
try {Thread.sleep(milliseconds);} // 暂停线程
catch (Exception ex) {}
}
synchronized(lastOne.running) { // 等待上一事件结束
if (lastOne.time != time) // 只处理最后一个事件
return;
}
}}).start();
}
private static Hashtable e_queue = new Hashtable(); private static class 
LastOne {
public long time=0;
public Object running = new Object();
}
 





6. 使用双缓冲区 

在屏幕之外的缓冲区绘图，完成后立即把整个图形显示出来。由于有两个缓冲区，所以
程序可以来回切换。这样，我们可以用一个低优先级的线程负责画图，使得程序能够利
用空闲的CPU时间执行其他任务。下面的伪代码片断示范了这种技术。 


Graphics myGraphics;
Image myOffscreenImage = createImage(size().width, size().height);
Graphics offscreenGraphics = myOffscreenImage.getGraphics();
offscreenGraphics.drawImage(img, 50, 50, this);
myGraphics.drawImage(myOffscreenImage, 0, 0, this);
 



7. 使用BufferedImage 

Java JDK 1.2使用了一个软显示设备，使得文本在不同的平台上看起来相似。为实现这
个功能，Java必须直接处理构成文字的像素。由于这种技术要在内存中大量地进行位复
制操作，早期的JDK在使用这种技术时性能不佳。为解决这个问题而提出的Java标准实现
了一种新的图形类型，即BufferedImage。BufferedImage子类描述的图形带有一个可访
问的图形数据缓冲区。一个BufferedImage包含一个ColorModel和一组光栅图形数据。这
个类一般使用RGB（红、绿、蓝）颜色模型，但也可以处理灰度级图形。它的构造函数很
简单，如下所示： 


public BufferedImage (int width, int height, int imageType)
 



ImageType允许我们指定要缓冲的是什么类型的图形，比如5-位RGB、8-位RGB、灰度级
等。



8. 使用VolatileImage 

许多硬件平台和它们的操作系统都提供基本的硬件加速支持。例如，硬件加速一般提供
矩形填充功能，和利用CPU完成同一任务相比，硬件加速的效率更高。由于硬件加速分离
了一部分工作，允许多个工作流并发进行，从而缓解了对CPU和系统总线的压力，使得应
用能够运行得更快。利用VolatileImage可以创建硬件加速的图形以及管理图形的内容。
由于它直接利用低层平台的能力，性能的改善程度主要取决于系统使用的图形适配器。
VolatileImage的内容随时可能丢失，也即它是“不稳定的（volatile）”。因此，在使
用图形之前，最好检查一下它的内容是否丢失。VolatileImage有两个能够检查内容是否
丢失的方法： 


public abstract int validate(GraphicsConfiguration gc);public abstract 
Boolean contentsLost();
 



每次从VolatileImage对象复制内容或者写入VolatileImage时，应该调用validate()方
法。contentsLost()方法告诉我们，自从最后一次validate()调用之后，图形的内容是
否丢失。虽然VolatileImage是一个抽象类，但不要从它这里派生子类。VolatileImage
应该通过Component.createVolatileImage()或者
GraphicsConfiguration.createCompatibleVolatileImage()方法创建。 

9. 使用Window Blitting 

进行滚动操作时，所有可见的内容一般都要重画，从而导致大量不必要的重画工作。许
多操作系统的图形子系统，包括WIN32 GDI、MacOS和X/Windows，都支持Window 
Blitting技术。Window Blitting技术直接在屏幕缓冲区中把图形移到新的位置，只重画
新出现的区域。要在Swing应用中使用Window Blitting技术，设置方法如下： 


setScrollMode(int mode);
 



在大多数应用中，使用这种技术能够提高滚动速度。只有在一种情形下，Window 
Blitting会导致性能降低，即应用在后台进行滚动操作。如果是用户在滚动一个应用，
那么它总是在前台，无需担心任何负面影响。