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J2EE系統(tǒng)優(yōu)化：對象與循環(huán)
優(yōu)化一般意義上說是提高已有系統(tǒng)的性能，減少如內(nèi)存、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源的占用，是在系統(tǒng)開發(fā)告一段落的前提下進(jìn)行。一般是通過壓力測試或具體使用發(fā)現(xiàn)性能方面的問題，然后尋找性能瓶頸，并結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度、人員安排、技術(shù)儲備等因素，提出相應(yīng)的優(yōu)化策略。
下面結(jié)合一些案例，進(jìn)行具體的討論，總結(jié)出兩個有代表性的條例：
條例一：盡量重用對象，避免創(chuàng)建過多短時對象
對象在面向?qū)ο缶幊讨须S處可見，甚至可以毫不夸張的說是：“一切都是對象”。如何更好的創(chuàng)建和使用對象，是優(yōu)化中要考慮的一個重要方面。筆者將對象按使用分為兩大類：獨(dú)享對象和共享對象。獨(dú)享對象指由某個線程單獨(dú)擁有并維護(hù)其生命周期的對象，一般是通過new 創(chuàng)建的對象，線程結(jié)束且無其它對這個對象的引用，這個對象將由垃圾收集機(jī)制自動GC。共享對象指由多個線程共享的對象，各線程保持多個指向同一個對象的引用，任何對這個對象的修改都會在其它引用上得到體現(xiàn)，共享對象一般通過Factory工廠的getInstace()方法創(chuàng)建，單例模式就是創(chuàng)建共享對象的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。獨(dú)享對象由于無其它指向同一對象的引用，不用擔(dān)心其它引用對對象屬性的修改，在多線程環(huán)境里，也就不需要對其可能修改屬性的方法加以同步，減少了出錯的隱患和復(fù)雜性，但由于需要為每個線程都創(chuàng)建對象，增加了對內(nèi)存的需求和JVM GC的負(fù)擔(dān)。共享對象則需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐?避免較大的同步塊，同時防止死鎖)。
還有幾種特殊對象：不變對象和方法對象。不變對象指對象對外不含有修改對象屬性的方法(如set方法)，外部要修改屬性只能通過new新的實(shí)例來實(shí)現(xiàn)。不變對象最大的好處就是無需擔(dān)心屬性被修改，避免了潛在的bug，并能無需任何額外工作(如同步)就很好的工作在多線程環(huán)境下。如jdk的String對象就是典型的不變對象。方法對象簡單的說就是僅包含方法，不含有屬性的對象。由于沒有對象屬性，方法中無需進(jìn)行修改屬性的操作，也就能采用static方法或單例模式，避免每次使用都要new對象，減少對象的使用。
那么該如何確定創(chuàng)建何種對象，這就要結(jié)合對象的使用方式和生命周期、對象大小、構(gòu)建花銷等方面來綜合考慮。如果對象生命周期較長，會存在修改操作，不能容忍其它線程對其的修改，就應(yīng)該采用獨(dú)享對象，如常見的Bean類。而如果對象生命周期較長，且能為各個線程共享，就可以考慮共享對象。共享有2種常見情況，一種是系統(tǒng)全局對象，如配置屬性等，各個線程應(yīng)該引用同一對象，任何對這個對象的修改都會影響其它線程;另一種是由于對象創(chuàng)建開銷較大，各線程對此對象是瞬時訪問，且無需再次讀取其屬性，如常見的Date 對象，一般這種對象的使用是瞬時的，比如把它format成String，如果每次創(chuàng)建然后等待GC就會浪費(fèi)大量內(nèi)存和CPU時間，較好做法就是做成共享對象，各個線程先set再使用，注意對進(jìn)行set并訪問的方法要同步。不變對象一般使用在對象創(chuàng)建開銷較小(屬性較少，類層次較少)，且需要能自由共享的情形。如一個對象里的常量對象，使用public static final AAA=new AAA(…) 創(chuàng)建。方法對象使用較廣，如Util類、DAO類等，這些對象提供操作其它對象(一般是bean對象)的接口，能對系統(tǒng)在層次和功能上進(jìn)行解耦合。
條例二：在循環(huán)處，多下功夫
循環(huán)作為程序編寫的基本語法，可以說是隨處可見。一些小的細(xì)節(jié)能帶來性能上的提升，而對循環(huán)體的一些改寫，能帶來性能的大幅提升。
比如最簡單的List遍歷，會有這樣的寫法：for(int i=0;i
同樣是對List的操作，如果要在遍歷同時進(jìn)行增加和刪除操作，代碼如下：for(int i=0,j=l.size();i=0;i--){l.remove(i);}。經(jīng)過測試，如果采用ArrayList，兩種寫法在循環(huán)次數(shù)較少時沒有太大的區(qū)別，循環(huán)次數(shù)為1000，均為1ms以內(nèi)，次數(shù)為10000，前一種為60ms左右，后一種為1ms以內(nèi)，，而次數(shù)上到100000，前一種為6000ms左右，后一種為15ms，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，后一種較前一種的效率優(yōu)勢明顯提高。
這是由Collection庫ArrayList的實(shí)現(xiàn)決定的，以下是jdk1.3的ArrayList源碼：
從中我們可以看出，numMoved代表了需要進(jìn)行arraycopy操作的數(shù)量，它是由remove的位置決定的，如果index=0，也就是刪除第一個元素，則需要arraycopy后面的所有數(shù)據(jù)，而如果index=size-1，則只需將最后一個元素設(shè)為null即可。所以從后面向前循環(huán)remove是比較好的寫法。
如果List中的確存在較多的add或remove操作，且容量較大(如存儲幾萬個對象)，則應(yīng)該采用LinkedList作為實(shí)現(xiàn)。LinkedList內(nèi)部采用雙向鏈表作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比ArrayList占用較多內(nèi)存空間，且隨機(jī)訪問操作較慢(需要從頭或尾循環(huán)到相應(yīng)位置)，但插入刪除操作很快(僅需進(jìn)行鏈表操作，無須大量移動或拷貝)。
對于List操作如果循環(huán)規(guī)模較小，其實(shí)對性能影響非常小(ms級)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是性能瓶頸所在。但心中有著優(yōu)化的意識，并力求寫出簡潔高效的程序應(yīng)該是我們每個程序員的追求。而且一旦在循環(huán)規(guī)模較大時，如果有了這些意識，也就能有效的消除性能隱患。
再舉一個與優(yōu)化無關(guān)但確實(shí)可能成為性能殺手(可以說是bug)的循環(huán)的例子。下面是源代碼：
這個代碼意圖很清楚，就是將一個InputStream流讀到一個byte數(shù)組中去。它使用read方法循環(huán)讀取InputStream，該方法返回讀取的字節(jié)數(shù)。正常情況下，該循環(huán)運(yùn)行良好，當(dāng)totalRead=m_totalBytes時，結(jié)束循環(huán)，byte數(shù)組被正常填充。但如果仔細(xì)看一下InputStream的read方法的說明，了解一下其返回值就會發(fā)現(xiàn)，返回值可能為-1，即已讀到InputStream末尾再繼續(xù)讀時。如果發(fā)生讀取異常，可能出現(xiàn)這個問題，而這個循環(huán)沒有檢查readBytes值是否為-1就往totalRead上加，這樣再次進(jìn)入循環(huán)體繼續(xù)讀取InputStream，又返回-1，繼續(xù)循環(huán)。如此循環(huán)直到int溢出才會跳出循環(huán)。而這個循環(huán)也就成了實(shí)實(shí)在在的CPU殺手，可以占去大量的CPU時間(取決于操作系統(tǒng))。其實(shí)解決很簡單，對readBytes進(jìn)行判斷，如果為-1則跳出循環(huán)。
這個例子告訴我們：對循環(huán)一定要搞清循環(huán)的循環(huán)規(guī)模、每次循環(huán)體執(zhí)行時間、循環(huán)結(jié)束條件包括異常情況等，只有這樣才能寫出高效且沒有隱患的代碼。
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