J2EE编码性能优化
日期：2015-10-23点击次数：179658
内容：应用J2EE平台开发的系统的性能是系统使用者和开发者都关注的问题，本文从服务器端编程时应注意的几个方面讨论代码对性能的影响，并总结一些解决的建议。
一、 概要
Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE)是当前很多商业应用系统使用的开发平台，该技术提供了一个基于组件的方法来设计、开发、装配和部署企业级应用程序。J2EE平台提供了一个多层结构的分布式的应用程序模型，可以更快地开发和发布的新的应用解决方案。
作为网络上的商业应用系统，同时访问的人数是很多的，在大量访问的情况下，过多的资源请求和有限的服务器资源（内存、CPU时间、网络带宽等）之间就会出现矛盾，应用系统的性能就显得很重要了，有时正确的代码并不能保证项目的成功，性能往往是最后决定一个项目是否成功关键。
本文主要从性能的角度出发，讨论J2EE服务器端的代码性能优化和提升。
二、 常用的Java代码问题对应用系统的性能影响.
下面讨论了一些在开发时应该注意方面：
1. 使用StringBuffer代替String 当处理字符串的相加时，常见的写法是：
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String str1 = "Hello";
String str2 = "welcome to world";
String str3 = str1 + ", " + str2 +"!";
System.out.println(str3);
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很多人都知道，这样的代码效率是很低的，因为String是用来存储字符串常量的，如果要执行“＋”的操作，系统会生成一些临时的对象，并对这些对象进行管理，造成不必要的开销。
如果字符串有连接的操作，替代的做法是用StringBuffer类的append方法，它的缺省构造函数和append的实现是：
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public StringBuffer() { // 构造函数
this(16); // 缺省容量16}
public synchronized StringBuffer append(String str) {
if (str == null) {
str = String.valueOf(str);
}
int len =str.length();
int newcount = count + len;
if(newcount > value.length)
expandCapacity(newcount);
// 扩充容量
str.getChars(0, len, value, count);
count = newcount;
return this;
}
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当字符串的大小超过缺省16时，代码实现了容量的扩充，为了避免对象的重新扩展其容量，更好的写法为：
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StringBuffer buffer = new StringBuffer(30);
// 分配指定的大小。
buffer.append("hello");
buffer.append(",");
buffer.append("welcometo world!");
String str = buffer.toString();
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2. 生成对象时，分配合理的空间和大小
Java中的很多类都有它的默认的空间分配大小，对于一些有大小的对象的初始化，应该预计对象的大小，然后使用进行初始化，上面的例子也说明了这个问题，StringBuffer创建时，我们指定了它的大小。
另外的一个例子是Vector，当声明Vector vect＝new Vector()时，系统调用：
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public Vector() {// 缺省构造函数
this(10); // 容量是 10;
}
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缺省分配10个对象大小容量。当执行add方法时，可以看到具体实现为：..
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public synchronized boolean add(Object o) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount+1);
elementData[elementCount++] =o;
return true;
}
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (capacityIncrement > 0) ? (oldCapacity + capacityIncrement) :
(oldCapacity * 2);
if (newCapacity < minCapacity) {
newCapacity = minCapacity;
}
elementData = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, elementCount);
}
}
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我们可以看到，当Vector大小超过原来的大小时，一些代码的目的就是为了做容量的扩充，在预先知道该Vector大小的话，可以指定其大小，避免容量扩充的开销，如知道Vector大小为100时，初始化是就可以象这样。
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Vector vect ＝.. new Vector(100);
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3. 优化循环体
循环是比较重复运行的地方，如果循环次数很大，循环体内不好的代码对效率的影响就会被放大而变的突出。考虑下面的代码片：..
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Vector vect = new Vector(1000);
...
for( inti=0; i<vect.size(); i++){
...
}
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for循环部分改写成：
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int size = vect.size();
for( int i=0; i<size; i++){
...
}
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如果size=1000，就可以减少1000次size()的系统调用开销，避免了循环体重复调用。
再看如下的代码片：..
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for (int i = 0;i <100000;i++)
if (i%10 == 9) {
... // 每十次执行一次
}
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改写成也可以提高效率：..
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for(inti =0,j =10; i<100000; i++,j--){
if(j == 0){
... // 每十次执行一次
j = 10;
}
}
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所以，当有较大的循环时，应该检查循环内是否有效率不高的地方，寻找更优的方案加以改进。
4. 对象的创建
尽量少用new来初始化一个类的实例，当一个对象是用new进行初始化时，其构造函数链的所有构造函数都被调用到，所以new操作符是很消耗系统资源的，new一个对象耗时往往是局部变量赋值耗时的上千倍。同时，当生成对象后，系统还要花时间进行垃圾回收和处理。
当new创建对象不可避免时，注意避免多次的使用new初始化一个对象。
尽量在使用时再创建该对象。如：
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NewObject object = new NewObject();
int value;
if(i>0 )
{
value =object.getValue();
}
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可以修改为：
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int value;
if(i>0 )
{
NewObject object = new NewObject();
Value =object.getValue();
}
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另外，应该尽量重复使用一个对象，而不是声明新的同类对象。一个重用对象的方法是改变对象的值，如可以通过setValue之类的方法改变对象的变量达到重用的目的。
5. 变量的注意事项
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。
尽量使用静态变量，即加修饰符static，如果类中的变量不会随他的实例而变化，就可以定义为静态变量，从而使他所有的实例都共享这个变量
6. 方法（Method）调用
在Java中，一切都是对象，如果有方法（Method）调用，处理器先要检查该方法是属于哪个对象，该对象是否有效，对象属于什么类型，然后选择合适的方法并调用。
可以减少方法的调用，同样一个方法：
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public void CallMethod(int i ){
if( i ==0 ){
return;
}
... // 其他处理
}
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如果直接调用，
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int i = 0;
...
CallMethod(i);
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就不如写成：
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int i = 0;
...
if( i ==0 ){
CallMethod(i);
}
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不影响可读性等情况下，可以把几个小的方法合成一个大的方法。另外，在方法前加上final，private关键字有利于编译器的优化。
7. 慎用异常处理
异常是Java的一种错误处理机制，对程序来说是非常有用的，但是异常对性能不利。抛出异常首先要创建一个新的对象，并进行相关的处理，造成系统的开销，所以异常应该用在错误处理的情况，不应该用来控制程序流程，流程尽量用while，if等处理。在不是很影响代码健壮性的前提下，可以把几个try/catch块合成一个。
8. 同步
同步主要出现在多线程的情况，为多线程同时运行时提供对象数据安全的机制，多线程是比较复杂话题，应用多线程也是为了获得性能的提升，应该尽可能减少同步。
另外，如果需要同步的地方，可以减少同步的代码段，如只同步某个方法或函数，而不是整个代码。
9. 使用Java系统API
Java的API一般都做了性能的考虑，如果完成相同的功能，优先使用API而不是自己写的代码，如数组复制通常的代码如下：
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int size = 1000;
String[] strArray1 = new String[size];
String[] strArray2 = new String[size];
for(inti=0;i<size;i++){ // 赋值
strArray1[i] = (new String("Array: " + i));
}
for(inti=0;i<size;i++){ // 复制
strArray2[i]=(new String((String)a[i]));
}
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如果使用Java提供的API，就可以提高性能：
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int size = 1000;
String[] strArray1 = new String[size];
String[] strArray2 = new String[size];
for(inti=0;i<size;i++){ // 赋值
strArray1[i] = (new String("Array: " + i));
}
System.arraycopy(strArray1,0,strArray2,0,size); // 复制
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同样的一个规则是，当有大量数据的复制时，应该使用System.arraycopy()。
三、 I/O 性能
输入/输出（I/O）包括很多方面，我们知道，进行I/O操作是很费系统资源的。程序中应该尽量少用I/O操作。
1. 合理控制日志输出
日志对于大多时候是有用的，特别是系统调试的时候，但也会产生大量的信息出现在控制台和日志上，同时输出时，有序列化和同步的过程，造成了开销。
特别是在发行版中，要合理的控制日志输出、输出的级别，根据不同的情况进行不同的输出的控制。
2. 使用缓存
读写内存要比读写文件要快很多，应尽可能使用缓冲，尽可能使用带有Buffer的类代替没有Buffer的类，如可以用BufferedReader 代替Reader，用BufferedWriter代替Writer来进行处理I/O操作同样可以用BufferedInputStream代替InputStream都可以获得性能的提高。
四、 数据库访问
在Java技术的应用体系中，应用程序是通过JDBC（Java Database Connectivity）实现的接口来访问数据库的，JDBC支持“建立连接、SQL语句查询、处理结果”等基本功能。在应用JDBC接口访问数据库的过程中，只要根据规范来实现，就可以达到要求的功能。
但是，有些时候进行数据查询的效率着实让开发人员不如所愿，明明根据规范编写的程序，运行效果却很差，造成整个系统的执行效率不高。
1. 使用连接池
为了提高访问数据库的性能，我们还可以使用JDBC 2.0的一些规范和特性，JDBC是占用资源的，在使用数据库连接时可以使用连接池Connection Pooling，避免频繁打开、关闭Connection。而我们知道，获取Connection是比较消耗系统资源的。
Connection缓冲池是这样工作的：当一个应用程序关闭一个数据库连接时，这个连接并不真正释放而是被循环利用，建立连接是消耗较大的操作，循环利用连接可以显著的提高性能，因为可以减少新连接的建立。
一个通过DataSource获取缓冲池获得连接，并连接到一个CustomerDB数据源的代码演示如下：
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Context ctx = new InitialContext();
DataSource dataSource = (DataSource) ctx.lookup("jdbc/CustomerDB");
Connection conn = dataSource.getConnection("password","username");
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2. 缓存DataSource
一个DataSource对象代表一个实际的数据源。这个数据源可以是从关系数据库到表格形式的文件，完全依赖于它是怎样实现的，一个数据源对象注册到JNDI名字服务后，应用程序就可以从JNDI服务器上取得该对象，并使用之和数据源建立连接。
通过上面的例子，我们知道DataSource是从连接池获得连接的一种方式，通过JNDI方式获得，是占用资源的。
为了避免再次的JNDI调用，可以系统中缓存要使用的DataSource。
3. 关闭所有使用的资源
系统一般是并发的系统，在每次申请和使用完资源后，应该释放供别人使用，数据库资源每个模式的含义可以参考SUN JDBC的文档，不同是比较宝贵的，使用完成后应该保证彻底的释放。
请看下面的代码段：
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Connection conn = null;
Statement stmt = null;
ResultSet rs = null;
try {
DataSource dataSource = getDataSource();
// 取的DataSource的方法，实现略。
conn = datasource.getConnection();
stmt = conn.createStatement();
rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM ...");
... // 其他处理
rs.close();
stmt.close();
conn.close();
}catch (SQLException ex) {
... // 错误处理
}
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粗看似乎没有什么问题，也有关闭相关如Connection等系统资源的代码，但当出现异常后，关闭资源的代码可能并不被执行，为保证资源的确实已被关闭，应该把资源关闭的代码放到finally块：
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Connection conn = null;
Statement stmt = null;
ResultSet rs = null;
try {
DataSource dataSource = getDataSource();
// 取的DataSource的方法，实现略。
conn = datasource.getConnection();
stmt = conn.createStatement();
rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM ...");
... // 其他处理
}catch (SQLException ex) {
... // 错误处理
}finally{
if (rs!=null) {
try {
rs.close(); // 关闭ResultSet}
catch (SQLException ex) {
... // 错误处理
}
}
if (stmt!=null){
try {
stmt.close(); // 关闭Statement}
catch (SQLException ex) {
... // 错误处理
}
}
if (conn!=null){
try {
conn.close(); // 关闭Connection}
catch (SQLException ex) {
... // 错误处理
}
}
}
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4. 缓存经常使用的数据
对于构建的业务系统，如果有些数据要经常要从数据库中读取，同时，这些数据又不经常变化，这些数据就可以在系统中缓存起来，使用时直接读取缓存，而不用频繁的访问数据库读取数据。
缓存工作可以在系统初始化时一次性读取数据，特别是一些只读的数据，当数据更新时更新数据库内容，同时更新缓存的数据值。
总结
一般意义上说，参与系统运行的代码都会对性能产生影响，实际应用中应该养成良好的编程规范、编写高质量的代码，当系统性能出现问题时，要找到主要影响性能的瓶颈所在，然后集中精力优化这些代码，能达到事半功倍的效果。
J2EE性能的优化包括很多方面的，要达到一个性能优良的系统，除了关注代码之外，还应该根据系统实际的运行情况，从服务器软硬件环境、集群技术、系统构架设计、系统部署环境、数据结构、算法设计等方面综合考虑。
软件部 张毅