Java工程師該如何編寫高效代碼？
常意 [阿里技術]
阿里妹導讀：世界上只有兩種物質(zhì)：高效率和低效率；世界上只有兩種人：高效率的人和低效率的人。——蕭伯納
同理，世界上只有兩種代碼：高效代碼和低效代碼；世界上只有兩種人：編寫高效代碼的人和編寫低效代碼的人。如何編寫高效代碼，是每個研發(fā)團隊都面臨的一個重大問題。本文作者根據(jù)實際經(jīng)驗，查閱了大量資料，總結(jié)了"Java高效代碼50例"，讓每一個Java程序員都能編寫出"高效代碼"。
1.常量&變量
1.1.直接賦值常量值，禁止聲明新對象
直接賦值常量值，只是創(chuàng)建了一個對象引用，而這個對象引用指向常量值。反例：
Long i = new Long(1L);
正例：
Long i = 1L;
1.2.當成員變量值無需改變時，盡量定義為靜態(tài)常量
在類的每個對象實例中，每個成員變量都有一份副本，而成員靜態(tài)常量只有一份實例。反例：
public class HttpConnection {
正例：
public class HttpConnection {
1.3.盡量使用基本數(shù)據(jù)類型，避免自動裝箱和拆箱
Java 中的基本數(shù)據(jù)類型double、float、long、int、short、char、boolean，分別對應包裝類Double、Float、Long、Integer、Short、Character、Boolean。JVM支持基本類型與對應包裝類的自動轉(zhuǎn)換，被稱為自動裝箱和拆箱。裝箱和拆箱都是需要CPU和內(nèi)存資源的，所以應盡量避免使用自動裝箱和拆箱。反例：
Integer sum = 0;
正例：
int sum = 0;
1.4.如果變量的初值會被覆蓋，就沒有必要給變量賦初值
反例：
List<UserDO> userList = new ArrayList<>();
正例：
List<UserDO> userList;
1.5.盡量使用函數(shù)內(nèi)的基本類型臨時變量
在函數(shù)內(nèi)，基本類型的參數(shù)和臨時變量都保存在棧（Stack）中，訪問速度較快；對象類型的參數(shù)和臨時變量的引用都保存在棧（Stack）中，內(nèi)容都保存在堆（Heap）中，訪問速度較慢。在類中，任何類型的成員變量都保存在堆（Heap）中，訪問速度較慢。反例：
public final class Accumulator {
正例：
public final class Accumulator {
1.6.盡量不要在循環(huán)體外定義變量
在老版JDK中，建議“盡量不要在循環(huán)體內(nèi)定義變量”，但是在新版的JDK中已經(jīng)做了優(yōu)化。通過對編譯后的字節(jié)碼分析，變量定義在循環(huán)體外和循環(huán)體內(nèi)沒有本質(zhì)的區(qū)別，運行效率基本上是一樣的。反而，根據(jù)“ 局部變量作用域最小化 ”原則，變量定義在循環(huán)體內(nèi)更科學更便于維護，避免了延長大對象生命周期導致延緩回收問題 。反例：
UserVO userVO;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
1.7.不可變的靜態(tài)常量，盡量使用非線程安全類
不可變的靜態(tài)常量，雖然需要支持多線程訪問，也可以使用非線程安全類。反例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
正例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
1.8.不可變的成員變量，盡量使用非線程安全類
不可變的成員變量，雖然需要支持多線程訪問，也可以使用非線程安全類。反例：
@Service
正例：
@Service
2****.對象&類
2.1.禁止使用JSON轉(zhuǎn)化對象
JSON提供把對象轉(zhuǎn)化為JSON字符串、把JSON字符串轉(zhuǎn)為對象的功能，于是被某些人用來轉(zhuǎn)化對象。這種對象轉(zhuǎn)化方式，雖然在功能上沒有問題，但是在性能上卻存在問題。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
2.2.盡量不使用反射賦值對象
用反射賦值對象，主要優(yōu)點是節(jié)省了代碼量，主要缺點卻是性能有所下降。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
2.3.采用Lambda表達式替換內(nèi)部匿名類
對于大多數(shù)剛接觸JDK8的同學來說，都會認為Lambda表達式就是匿名內(nèi)部類的語法糖。實際上， Lambda表達式在大多數(shù)虛擬機中采用invokeDynamic指令實現(xiàn)，相對于匿名內(nèi)部類在效率上會更高一些。反例：
List<User> userList = ...;
正例：
List<User> userList = ...;
2.4.盡量避免定義不必要的子類
多一個類就需要多一份類加載，所以盡量避免定義不必要的子類。反例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP =
正例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
2.5.盡量指定類的final修飾符
為類指定final修飾符，可以讓該類不可以被繼承。如果指定了一個類為final，則該類所有的方法都是final的，Java編譯器會尋找機會內(nèi)聯(lián)所有的final方法。內(nèi)聯(lián)對于提升Java運行效率作用重大，具體可參見Java運行期優(yōu)化，能夠使性能平均提高50%。反例：
public class DateHelper {
正例：
public final class DateHelper {
注意：使用Spring的AOP特性時，需要對Bean進行動態(tài)代理，如果Bean類添加了final修飾，會導致異常。
3.方法
3.1.把跟類成員變量無關的方法聲明成靜態(tài)方法
靜態(tài)方法的好處就是不用生成類的實例就可以直接調(diào)用。靜態(tài)方法不再屬于某個對象，而是屬于它所在的類。只需要通過其類名就可以訪問，不需要再消耗資源去反復創(chuàng)建對象。即便在類內(nèi)部的私有方法，如果沒有使用到類成員變量，也應該聲明為靜態(tài)方法。反例：
public int getMonth(Date date) {
正例：
public static int getMonth(Date date) {
3.2.盡量使用基本數(shù)據(jù)類型作為方法參數(shù)類型，避免不必要的裝箱、拆箱和空指針判斷
反例：
public static double sum(Double value1, Double value2) {
正例：
public static double sum(double value1, double value2) {
3.3.盡量使用基本數(shù)據(jù)類型作為方法返回值類型，避免不必要的裝箱、拆箱和空指針判斷
在JDK類庫的方法中，很多方法返回值都采用了基本數(shù)據(jù)類型，首先是為了避免不必要的裝箱和拆箱，其次是為了避免返回值的空指針判斷。比如：Collection.isEmpty()和Map.size()。反例：
public static Boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
3.4.協(xié)議方法參數(shù)值非空，避免不必要的空指針判斷
協(xié)議編程，可以@NonNull和@Nullable標注參數(shù)，是否遵循全憑調(diào)用者自覺。反例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(@NonNull UserDO user) {
3.5.協(xié)議方法返回值非空，避免不必要的空指針判斷
協(xié)議編程，可以@NonNull和@Nullable標注參數(shù)，是否遵循全憑實現(xiàn)者自覺。反例：
// 定義接口
正例：
// 定義接口
3.6.被調(diào)用方法已支持判空處理，調(diào)用方法無需再進行判空處理
反例：
UserDO user = null;
正例：
UserDO user = JSON.parseObject(value, UserDO.class);
3.7.盡量避免不必要的函數(shù)封裝
方法調(diào)用會引起入棧和出棧，導致消耗更多的CPU和內(nèi)存，應當盡量避免不必要的函數(shù)封裝。當然，為了使代碼更簡潔、更清晰、更易維護，增加一定的方法調(diào)用所帶來的性能損耗是值得的。反例：
// 函數(shù)封裝
正例：
boolean isVip = Boolean.TRUE.equals(user.getVip());
3.8.盡量指定方法的final修飾符
方法指定final修飾符，可以讓方法不可以被重寫，Java編譯器會尋找機會內(nèi)聯(lián)所有的final方法。內(nèi)聯(lián)對于提升Java運行效率作用重大，具體可參見Java運行期優(yōu)化，能夠使性能平均提高50%。注意：所有的private方法會隱式地被指定final修飾符，所以無須再為其指定final修飾符。反例：
public class Rectangle {
正例：
public class Rectangle {
注意：使用Spring的AOP特性時，需要對Bean進行動態(tài)代理，如果方法添加了final修飾，將不會被代理。
4.表達式
4.1.盡量減少方法的重復調(diào)用
反例：
List<UserDO> userList = ...;
正例：
List<UserDO> userList = ...;
4.2.盡量避免不必要的方法調(diào)用
反例：
List<UserDO> userList = userDAO.queryActive();
正例：
List<UserDO> userList;
4.3.盡量使用移位來代替正整數(shù)乘除
用移位操作可以極大地提高性能。對于乘除2^n(n為正整數(shù))的正整數(shù)計算，可以用移位操作來代替。反例：
int num1 = a * 4;
正例：
int num1 = a << 2;
4.4.提取公共表達式，避免重復計算
提取公共表達式，只計算一次值，然后重復利用值。反例：
double distance = Math.sqrt((x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1));
正例：
double dx = x2 - x1;
4.5.盡量不在條件表達式中用!取反
使用!取反會多一次計算，如果沒有必要則優(yōu)化掉。反例：
if (!(a >= 10)) {
正例：
if (a < 10) {
4.6.對于多常量選擇分支，盡量使用switch語句而不是if-else語句
if-else語句，每個if條件語句都要加裝計算，直到if條件語句為true為止。switch語句進行了跳轉(zhuǎn)優(yōu)化，Java中采用tableswitch或lookupswitch指令實現(xiàn)，對于多常量選擇分支處理效率更高。經(jīng)過試驗證明：在每個分支出現(xiàn)概率相同的情況下，低于5個分支時if-else語句效率更高，高于5個分支時switch語句效率更高。反例：
if (i == 1) {
正例：
switch (i) {
備注：如果業(yè)務復雜，可以采用Map實現(xiàn)策略模式。
5.字符串
5.1.盡量不要使用正則表達式匹配
正則表達式匹配效率較低，盡量使用字符串匹配操作。反例：
String source = "a::1,b::2,c::3,d::4";
正例：
String source = "a::1,b::2,c::3,d::4";
5.2.盡量使用字符替換字符串
字符串的長度不確定，而字符的長度固定為1，查找和匹配的效率自然提高了。反例：
String source = "a:1,b:2,c:3,d:4";
正例：
String source = "a:1,b:2,c:3,d:4";
5.3.盡量使用StringBuilder進行字符串拼接
String是final類，內(nèi)容不可修改，所以每次字符串拼接都會生成一個新對象。StringBuilder在初始化時申請了一塊內(nèi)存，以后的字符串拼接都在這塊內(nèi)存中執(zhí)行，不會申請新內(nèi)存和生成新對象。反例：
String s = "";
正****例：
StringBuilder sb = new StringBuilder(128);
5.4.不要使用""+轉(zhuǎn)化字符串
使用""+進行字符串轉(zhuǎn)化，使用方便但是效率低，建議使用String.valueOf.反例：
int i = 12345;
正例：
int i = 12345;
6.數(shù)組
6.1.不要使用循環(huán)拷貝數(shù)組，盡量使用System.arraycopy拷貝數(shù)組
推薦使用System.arraycopy拷貝數(shù)組，也可以使用Arrays.copyOf拷貝數(shù)組。反例：
int[] sources = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
正例：
int[] sources = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
6.2.集合轉(zhuǎn)化為類型T數(shù)組時，盡量傳入空數(shù)組T[0]
將集合轉(zhuǎn)換為數(shù)組有2種形式：toArray(new T[n])和toArray(new T[0])。在舊的Java版本中，建議使用toArray(new T[n])，因為創(chuàng)建數(shù)組時所需的反射調(diào)用非常慢。在OpenJDK6后，反射調(diào)用是內(nèi)在的，使得性能得以提高，toArray(new T[0])比toArray(new T[n])效率更高。此外，toArray(new T[n])比toArray(new T[0])多獲取一次列表大小，如果計算列表大小耗時過長，也會導致toArray(new T[n])效率降低。反例：
List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, ...);
正例：
List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, ...);
建議：集合應該提供一個toArray(Class<T> clazz)方法，避免無用的空數(shù)組初始化（new T[0]）。
6.3.集合轉(zhuǎn)化為Object數(shù)組時，盡量使用toArray()方法
轉(zhuǎn)化Object數(shù)組時，沒有必要使用toArray[new Object[0]]，可以直接使用toArray()。避免了類型的判斷，也避免了空數(shù)組的申請，所以效率會更高。反例：
List<Object> objectList = Arrays.asList(1, "2", 3, "4", 5, ...);
正例：
List<Object> objectList = Arrays.asList(1, "2", 3, "4", 5, ...);
7.集合
7.1.初始化集合時，盡量指定集合大小
Java集合初始化時都會指定一個默認大小，當默認大小不再滿足數(shù)據(jù)需求時就會擴容，每次擴容的時間復雜度有可能是O(n)。所以，盡量指定預知的集合大小，就能避免或減少集合的擴容次數(shù)。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
7.2.不要使用循環(huán)拷貝集合，盡量使用JDK提供的方法拷貝集合
JDK提供的方法可以一步指定集合的容量，避免多次擴容浪費時間和空間。同時，這些方法的底層也是調(diào)用System.arraycopy方法實現(xiàn)，進行數(shù)據(jù)的批量拷貝效率更高。反例：
List<UserDO> user1List = ...;
正例：
List<UserDO> user1List = ...;
7.3.盡量使用Arrays.asList轉(zhuǎn)化數(shù)組為列表
原理與"不要使用循環(huán)拷貝集合，盡量使用JDK提供的方法拷貝集合"類似。反例：
List<String> typeList = new ArrayList<>(8);
正例：
List<String> typeList = Arrays.asList("Short", "Integer", "Long");
7.4.直接迭代需要使用的集合
直接迭代需要使用的集合，無需通過其它操作獲取數(shù)據(jù)。反例：
Map<Long, UserDO> userMap = ...;
正例：
Map<Long, UserDO> userMap = ...;
7.5.不要使用size方法檢測空，必須使用isEmpty方法檢測空
使用size方法來檢測空邏輯上沒有問題，但使用isEmpty方法使得代碼更易讀，并且可以獲得更好的性能。任何isEmpty方法實現(xiàn)的時間復雜度都是O(1)，但是某些size方法實現(xiàn)的時間復雜度有可能是O(n)。反例：
List<UserDO> userList = ...;
正例：
List<UserDO> userList = ...;
7.6.非隨機訪問的List，盡量使用迭代代替隨機訪問
對于列表，可分為隨機訪問和非隨機訪問兩類，可以用是否實現(xiàn)RandomAccess接口判斷。隨機訪問列表，直接通過get獲取數(shù)據(jù)不影響效率。而非隨機訪問列表，通過get獲取數(shù)據(jù)效率極低。反例：
LinkedList<UserDO> userDOList = ...;
正例：
LinkedList<UserDO> userDOList = ...;
其實，不管列表支不支持隨機訪問，都應該使用迭代進行遍歷。
7.7.盡量使用HashSet判斷值存在
在Java集合類庫中，List的contains方法普遍時間復雜度是O(n)，而HashSet的時間復雜度為O(1)。如果需要頻繁調(diào)用contains方法查找數(shù)據(jù)，可以先將List轉(zhuǎn)換成HashSet。反例：
List<Long> adminIdList = ...;
正例：
Set<Long> adminIdSet = ...;
7.8.避免先判斷存在再進行獲取
如果需要先判斷存在再進行獲取，可以直接獲取并判斷空，從而避免了二次查找操作。反例：
public static UserVO transUser(UserDO user, Map<Long, RoleDO> roleMap) {
正例：
public static UserVO transUser(UserDO user, Map<Long, RoleDO> roleMap) {
8.異常
8.1.直接捕獲對應的異常
直接捕獲對應的異常，避免用instanceof判斷，效率更高代碼更簡潔。反例：
try {
正例：
try {
8.2.盡量避免在循環(huán)中捕獲異常
當循環(huán)體拋出異常后，無需循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行時，沒有必要在循環(huán)體中捕獲異常。因為，過多的捕獲異常會降低程序執(zhí)行效率。反例：
public Double sum(List<String> valueList) {
正例：
public Double sum(List<String> valueList) {
8.3.禁止使用異?？刂茦I(yè)務流程
相對于條件表達式，異常的處理效率更低。反例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
9.緩沖區(qū)
9.1.初始化時盡量指定緩沖區(qū)大小
初始化時，指定緩沖區(qū)的預期容量大小，避免多次擴容浪費時間和空間。反例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
正例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer(1024);
9.2.盡量重復使用同一緩沖區(qū)
針對緩沖區(qū)，Java虛擬機需要花時間生成對象，還要花時間進行垃圾回收處理。所以，盡量重復利用緩沖區(qū)。反例：
StringBuilder builder1 = new StringBuilder(128);
正例：
StringBuilder builder = new StringBuilder(128);
其中，使用setLength方法讓緩沖區(qū)重新從0開始。
9.3.盡量設計使用同一緩沖區(qū)
為了提高程序運行效率，在設計上盡量使用同一緩沖區(qū)。反例：
// 轉(zhuǎn)化XML(UserDO)
正例：
// 轉(zhuǎn)化XML(UserDO)
去掉每個轉(zhuǎn)化方法中的緩沖區(qū)申請，申請一個緩沖區(qū)給每個轉(zhuǎn)化方法使用。從時間上來說，節(jié)約了大量緩沖區(qū)的申請釋放時間；從空間上來說，節(jié)約了大量緩沖區(qū)的臨時存儲空間。
9.4.盡量使用緩沖流減少IO操作
使用緩沖流BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream等，可以大幅較少IO次數(shù)并提升IO速度。反例：
try (FileInputStream input = new FileInputStream("a");
正例：
try (BufferedInputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream("a"));
其中，可以根據(jù)實際情況手動指定緩沖流的大小，把緩沖流的緩沖作用發(fā)揮到最大。
10.線程
10.1.在單線程中，盡量使用非線程安全類
使用非線程安全類，避免了不必要的同步開銷。反例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer(128);
正例：
StringBuilder buffer = new StringBuilder(128);
10.2.在多線程中，盡量使用線程安全類
使用線程安全類，比自己實現(xiàn)的同步代碼更簡潔更高效。反例：
private volatile int counter = 0;
正例：
private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
10.3.盡量減少同步代碼塊范圍
在一個方法中，可能只有一小部分的邏輯是需要同步控制的，如果同步控制了整個方法會影響執(zhí)行效率。所以，盡量減少同步代碼塊的范圍，只對需要進行同步的代碼進行同步。反例：
private volatile int counter = 0;
正例：
private volatile int counter = 0;
10.4.盡量合并為同一同步代碼塊
同步代碼塊是有性能開銷的，如果確定可以合并為同一同步代碼塊，就應該盡量合并為同一同步代碼塊。反例：
// 處理單一訂單
正例：
// 處理單一訂單
10.5.盡量使用線程池減少線程開銷
多線程中兩個必要的開銷：線程的創(chuàng)建和上下文切換。采用線程池，可以盡量地避免這些開銷。反例：
public void executeTask(Runnable runnable) {
正例：
private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE = Executors.newFixedThreadPool(10);
后記
作為一名長期奮戰(zhàn)在業(yè)務一線的"IT民工"，沒有機會去研究什么高深莫測的"理論"，只能專注于眼前看得見摸得著的"技術"，致力于做到"干一行、愛一行、專一行、精一行"。
