漫谈Java程序的性能优化(1)

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java.lang.String类和java.util.Vector类，它能够显著地提高程序的性能。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java.lang.String，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 s1 = "Testing String";
String s2 = "Concatenation Performance";
String s3 = s1 + " " + s2;

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();
s.append("Testing String");
s.append(" ");
s.append("Concatenation Performance");
String s3 = s.toString();

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，那为什么有那么多的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(16); }

默认构造函数预设了16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 = String.valueOf(str);
}
int len = str.length();
int newcount = count + len;
if (newcount > value.length) expandCapacity(newcount);
str.getChars(0, 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40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40个字符的StringBuffer，如下所示：

StringBuffer s = new StringBuffer(45);
s.append("Testing String");
s.append(" ");
s.append("Concatenation Performance");
String s3 = s.toString();

再考虑下面这个例子：

String s = "";
int sum = 0;
for(int I=1; I<10; 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 = 0;
for(int I=1;
I<10; I++){
sum + = I;
sb.append(I).append("+");
}
String s = sb.append("=").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。