Java性能优化：40个编码与内存管理实战技巧

Java应用的性能瓶颈，往往不在于语言本身，而在于编码实践。养成良好的习惯，能显著提升程序效率。

1. 在合适的场景使用单例模式

单例模式通过减少对象创建来节约资源、提升加载效率。它主要适用于三种场景：

• 控制资源的并发访问。
• 控制实例数量，节约资源。
• 在不建立直接关联的模块间实现数据共享。

2. 谨慎使用静态变量

当一个对象被静态变量引用时，只要其所属的类未被卸载，该对象便常驻内存，难以被垃圾回收（GC）。这会增加内存占用，直到程序终止。更多关于Java内存管理的知识，有助于理解此处的原理。

public class A {
    private static B b = new B(); // b的生命周期与A类同步
}

3. 避免过度创建对象

在循环或高频调用的方法中频繁new对象，会大量消耗创建与垃圾回收的时间。应在可控范围内最大化重用对象，或考虑使用基本类型、数组替代对象。

4. 善用final修饰符

final修饰的类不可继承，其所有方法隐含为final。编译器会尝试内联（inline）final方法，这平均能带来约50%的性能提升。例如，将简单的getter/setter方法设为final。 原始示例：

class MAF {
    public void setSize (int size) {
        _size = size;
    }
    private int _size;
}

优化后：

class DAF_fixed {
    final public void setSize (int size) {
        _size = size;
    }
    private int _size;
}

5. 优先使用局部变量

方法参数和局部变量存储在栈(Stack)中，访问速度快。而实例变量、静态变量等在堆(Heap)中分配，访问相对较慢。

6. 区分基本类型与包装类型

基本类型在栈上处理，效率高；包装类型是堆中的对象。在集合类等需要对象的场景使用包装类型，其他计算场景提倡使用基本类型。

7. 减小同步范围

同步synchronized会带来较大开销，甚至可能导致死锁。应尽量减少同步代码块的范围，并优先考虑使用方法同步而非代码块同步，以降低锁的粒度。

8. 避免使用finalize方法进行资源清理

依赖finalize()方法清理资源会增加GC负担，严重影响程序性能。资源的释放应通过显式调用close()等方法或在finally块中完成。

9. 字符串创建的优化

String str = “hello”; // 推荐，利用JVM字符串常量池
String str = new String(“hello”); // 不推荐，额外创建char[]对象

第二种方式会额外生成一个底层的char[]数组。

10. 非线程安全场景使用高效集合

在多线程安全无虞的情况下，应优先使用HashMap、ArrayList，而非其线程安全但性能较低的旧版替代品Hashtable、Vector。

11. 合理初始化HashMap容量

创建HashMap时，应根据预估容量合理设置初始大小(initialCapacity)和负载因子(loadFactor)，避免多次扩容（rehash）。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor); // 充分利用此构造函数

12. 减少循环内的重复计算

将循环中不变的条件计算提取到循环外。

// 不推荐
for (int i = 0; i < list.size(); i++)

// 推荐
for (int i = 0, len = list.size(); i < len; i++)

13. 延迟对象创建

只在真正需要时才创建对象。

// 不推荐
A a = new A();
if (i == 1) {
    list.add(a);
}

// 推荐
if (i == 1) {
    A a = new A(); // 需要时再创建
    list.add(a);
}

14. 在finally块中释放资源

确保资源（如I/O流、数据库连接）在任何情况下都能被正确关闭，避免资源泄漏。

// 示例
try {
    // 获取和使用资源
} finally {
    // 确保资源被关闭
}

15 & 16. 使用移位代替乘除

对于乘以或除以2的幂次方运算，使用移位操作效率更高。但需添加注释以增强可读性。

int num = a / 4;  // -> a >> 2
int num = a * 8;  // -> a << 3

17. 为StringBuffer指定初始容量

默认容量（16）不够时，StringBuffer会进行耗时的扩容和数据拷贝。预先估算大小可避免此开销。

18. 适时置null释放大对象引用

在方法中，局部引用变量通常随方法结束而失效。但若方法后半段有耗时或大内存操作，可显式将不再使用的对象引用置为null，以助GC尽早回收。

19. 避免使用二维数组

二维数组占用的内存空间远大于一维数组。

20. 慎用split方法

String.split()因支持正则而效率较低。高频调用时可考虑用StringUtils.split或缓存结果。在大数据处理场景中，此类优化尤为关键，更多技巧可参考大数据相关内容。

21. ArrayList与LinkedList的选择

• ArrayList：基于数组，随机访问快(O(1))，但中间插入/删除慢（需移动元素）。
• LinkedList：基于链表，插入/删除快(O(1))，但随机访问慢（需遍历）。

根据主要操作类型选择。

22. 使用System.arraycopy()复制数组

System.arraycopy()是原生方法，远比循环复制数组高效。

23. 缓存常用对象

对频繁使用的对象进行缓存，可使用容器或第三方缓存库（如EhCache、Oscache），但需注意防止缓存占用过多内存。

24. 避免超大内存分配

堆内存碎片化后，分配大块连续内存会变得困难，可能导致分配失败。

25. 异常创建的代价

创建异常需要生成完整的栈跟踪(Stack Trace)，开销很大。应仅在异常情况下使用，避免在性能关键路径上频繁创建异常。

26. 重用对象，特别是String

字符串拼接应使用StringBuffer或StringBuilder，避免生成大量中间String对象。

27. 避免重复初始化变量

JVM会为成员变量设置默认值（0， null， false等）。在构造函数中调用方法进行初始化需谨慎，防止因对象未完全初始化而抛空指针。

// 不推荐
public int state = this.getState(); // getState()可能依赖未初始化的成员
// 推荐在init()方法中赋值

28. SQL语句使用大写（Java+Oracle场景）

在Oracle数据库中，将内嵌的SQL关键字写为大写，可减轻其解析器的负担。

29. 及时关闭资源

数据库连接、I/O流等使用后必须立即关闭，释放系统资源。

30. 手动辅助GC

对于大对象或使用完毕的对象，可将其引用显式设为null，向GC提示回收时机，尤其是在可能发生内存泄漏的场景。

31. 同步机制的选择

与方法同步相比，精确控制的代码块同步通常更好。但在简单场景下，使用方法同步可使代码更简洁。

32. Try/Catch置于循环外

将try-catch放在循环外部，避免在每次迭代中都进行异常处理结构的构造。

33. 为StringBuffer预设容量

默认容量16往往不够，提前设置合理的初始容量可避免多次扩容和数据拷贝。

34. 合理使用Vector

• 添加元素：默认容量10，扩容时复制全部元素。
• 插入元素：vector.add(index，obj)会导致后续元素后移。
• 删除元素：删除末尾元素remove(size()-1)比删除头部元素开销小。
• 删除所有元素：使用removeAllElements()。
• 按对象删除：vector.remove(obj)比先查索引再删除高效。

35. 考虑使用clone()替代new

对于实现了Cloneable接口的对象，使用clone()方法创建实例不会调用构造函数，在某些场景下比new更快（如原型模式）。

private static Credit BaseCredit = new Credit();
public static Credit getNewCredit() {
    return (Credit) BaseCredit.clone(); // 不调用构造函数
}

36. 高效遍历HashMap

使用EntrySet进行遍历，直接获取键和值，效率高于先取keySet再get(key)。

Map<String, String[]> paraMap = new HashMap<>();
for (Entry<String, String[]> entry : paraMap.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    String[] value = entry.getValue();
}

37. 数组(Array) vs ArrayList

• Array：定长，效率最高。
• ArrayList：动态扩容，使用灵活但有效能损耗。

38. 单线程首选HashMap、ArrayList

在无并发需求的场景，使用非同步的HashMap、ArrayList而非Hashtable、Vector。

39. StringBuffer与StringBuilder的选择

• StringBuffer：线程安全，性能稍低。
• StringBuilder：非线程安全，性能提升约10%-15%。 在非并发场景下，可使用StringBuilder；若涉及线程安全，StringBuffer是更稳妥的选择。

40. 多用静态方法

无需访问对象成员(非static)的方法，可声明为static。静态方法调用更快，且能明确表明该方法不依赖或改变对象状态。

性能优化是时间、空间与代码可维护性间的权衡。以上技巧需根据实际业务场景灵活运用，方能达到最佳效果。