如何让你的Java代码性能"更高、更优雅、远离BUG"？-java代码性能优化

$如何让你的Java代码性能\"更高、更优雅、远离BUG\"？$

前言

明代王阳明先生在《传习录》谈为学之道时说：

私欲日生，如地上尘，一日不扫，便又有一层。着实用功，便见道无终穷，愈探愈深，必使精白无一毫不彻方可。

代码中的"坏味道"，如"私欲"如"灰尘"，每天都在增加，一日不去清除，便会越累越多。如果用功去清除这些"坏味道"，不仅能提高自己的编码水平，也能使代码变得"精白无一毫不彻"。这里，整理了日常工作中的一些"坏味道"，及清理方法，供大家参考。

01 如何让代码性能更高？

1.1.需要 Map 的主键和取值时，应该迭代 entrySet()

当循环中只需要 Map 的主键时，迭代 keySet() 是正确的。但是，当需要主键和取值时，迭代 entrySet() 才是更高效的做法，比先迭代 keySet() 后再去 get 取值性能更佳。

反例：

Map<String, String> map = ...; 
for (String key : map.keySet()) { 
 String value = map.get(key); 
 ... 
}

正例：

Map<String, String> map = ...; 
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) { 
 String key = entry.getKey(); 
 String value = entry.getValue(); 
 ... 
}

1.2.应该使用 Collection.isEmpty() 检测空

使用 Collection.size() 来检测空逻辑上没有问题，但是使用 Collection.isEmpty() 使得代码更易读，并且可以获得更好的性能。任何 Collection.isEmpty() 实现的时间复杂度都是 O(1) ，但是某些 Collection.size() 实现的时间复杂度可能是O(n)。

反例：

if (collection.size() == 0) { 
 ... 
}

正例：

if (collection.isEmpty()) { 
 ... 
}

如果需要还需要检测 null ，可采用 CollectionUtils.isEmpty(collection) 和CollectionUtils.isNotEmpty(collection)。

1.3.不要把集合对象传给自己

将集合作为参数传递给集合自己的方法要么是一个错误，要么是无意义的代码。

此外，由于某些方法要求参数在执行期间保持不变，因此将集合传递给自身可能会导致异常行为。

反例：

List<String> list = new ArrayList<>(); 
list.add("Hello"); 
list.add("World"); 
if (list.containsAll(list)) { // 无意义,总是返回true 
 ... 
} 
list.removeAll(list); // 性能差, 直接使用clear()复制代码

1.4.集合初始化尽量指定大小

java 的集合类用起来十分方便，但是看源码可知，集合也是有大小限制的。每次扩容的时间复杂度很有可能是 O(n) ，所以尽量指定可预知的集合大小，能减少集合的扩容次数。

反例：

int[] arr = new int[]{1, 2, 3}; 
List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
for (int i : arr) { 
 list.add(i); 
}

正例：

int[] arr = new int[]{1, 2, 3}; 
List<Integer> list = new ArrayList<>(arr.length); 
for (int i : arr) { 
 list.add(i); 
}

1.5.字符串拼接使用 StringBuilder

一般的字符串拼接在编译期 java 会进行优化，但是在循环中字符串拼接，java 编译期无法做到优化，所以需要使用 StringBuilder 进行替换。

反例：

String s = ""; 
for (int i = 0; i < 10; i++) { 
 s += i; 
}

正例：

String a = "a"; 
String b = "b"; 
String c = "c"; 
String s = a + b + c; // 没问题，java编译器会进行优化 
StringBuilder sb = new StringBuilder(); 
for (int i = 0; i < 10; i++) { 
 sb.append(i); // 循环中，java编译器无法进行优化，所以要手动使用StringBuilder 
}

1.6.List的随机访问

大家都知道数组和链表的区别：数组的随机访问效率更高。当调用方法获取到 List 后，如果想随机访问其中的数据，并不知道该数组内部实现是链表还是数组，怎么办呢？可以判断它是否实现 RandomAccess 接口。

正例：

// 调用别人的服务获取到list 
List<Integer> list = otherService.getList(); 
if (list instanceof RandomAccess) { 
 // 内部数组实现，可以随机访问 
 System.out.println(list.get(list.size() - 1)); 
} else { 
 // 内部可能是链表实现，随机访问效率低 
}

1.7.频繁调用 Collection.contains 方法请使用 Set

在 java 集合类库中，List 的 contains 方法普遍时间复杂度是 O(n) ，如果在代码中需要频繁调用 contains 方法查找数据，可以先将 list 转换成 HashSet 实现，将 O(n) 的时间复杂度降为 O(1) 。

反例：

ArrayList<Integer> list = otherService.getList(); 
for (int i = 0; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) { 
 // 时间复杂度O(n) 
 list.contains(i); 
}

正例：

ArrayList<Integer> list = otherService.getList(); 
Set<Integer> set = new HashSet(list); 
for (int i = 0; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) { 
 // 时间复杂度O(1) 
 set.contains(i); 
}

02 如何让代码更优雅？

2.1.长整型常量后添加大写 L

在使用长整型常量值时，后面需要添加 L ，必须是大写的 L ，不能是小写的 l ，小写 l 容易跟数字 1 混淆而造成误解。

反例：

long value = l; 
long max = Math.max(L, 5);复制代码

正例：

long value = L; 
long max = Math.max(L, L);复制代码

2.2.不要使用魔法值

当你编写一段代码时，使用魔法值可能看起来很明确，但在调试时它们却不显得那么明确了。这就是为什么需要把魔法值定义为可读取常量的原因。但是，-1、0 和 1 不被视为魔法值。

反例：

for (int i = 0; i < 100; i++){ 
 ... 
} 
if (a == 100) { 
 ... 
}

正例：

private static final int MAX_COUNT = 100; 
for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++){ 
 ... 
} 
if (count == MAX_COUNT) { 
 ... 
}

2.3.不要使用集合实现来赋值静态成员变量

对于集合类型的静态成员变量，不要使用集合实现来赋值，应该使用静态代码块赋值。

反例：

private static Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>() { 
 { 
 put("a", 1); 
 put("b", 2); 
 } 
}; 
private static List<String> list = new ArrayList<String>() { 
 { 
 add("a"); 
 add("b"); 
 } 
};

正例：

private static Map<String, Integer> map = new HashMap<>(); 
static { 
 map.put("a", 1); 
 map.put("b", 2); 
}; 
private static List<String> list = new ArrayList<>(); 
static { 
 list.add("a"); 
 list.add("b"); 
};

2.4.建议使用 try-with-resources 语句

Java 7 中引入了 try-with-resources 语句，该语句能保证将相关资源关闭，优于原来的 try-catch-finally 语句，并且使程序代码更安全更简洁。

反例：

private void handle(String fileName) { 
 BufferedReader reader = null; 
 try { 
 String line; 
 reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName)); 
 while ((line = reader.readLine()) != null) { 
 ... 
 } 
 } catch (Exception e) { 
 ... 
 } finally { 
 if (reader != null) { 
 try { 
 reader.close(); 
 } catch (IOException e) { 
 ... 
 } 
 } 
 } 
}

正例：

private void handle(String fileName) { 
 try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName))) { 
 String line; 
 while ((line = reader.readLine()) != null) { 
 ... 
 } 
 } catch (Exception e) { 
 ... 
 } 
}

2.5.删除未使用的私有方法和字段

删除未使用的私有方法和字段，使代码更简洁更易维护。若有需要再使用，可以从历史提交中找回。

反例：

public class DoubleDemo1 { 
 private int unusedField = 100; 
 private void unusedMethod() { 
 ... 
 } 
 public int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
 } 
}

正例：

public class DoubleDemo1 { 
 public int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
 } 
}

2.6.删除未使用的局部变量

删除未使用的局部变量，使代码更简洁更易维护。

反例：

public int sum(int a, int b) { 
 int c = 100; 
 return a + b; 
}

正例：

public int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
}

2.7.删除未使用的方法参数

未使用的方法参数具有误导性，删除未使用的方法参数，使代码更简洁更易维护。但是，由于重写方法是基于父类或接口的方法定义，即便有未使用的方法参数，也是不能删除的。

反例：

public int sum(int a, int b, int c) { 
 return a + b; 
}

正例：

public int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
}

2.8.删除表达式的多余括号

对应表达式中的多余括号，有人认为有助于代码阅读，也有人认为完全没有必要。对于一个熟悉 Java 语法的人来说，表达式中的多余括号反而会让代码显得更繁琐。

反例：

return (x); 
return (x + 2); 
int x = (y * 3) + 1; 
int m = (n * 4 + 2);复制代码

正例：

return x; 
return x + 2; 
int x = y * 3 + 1; 
int m = n * 4 + 2;复制代码

2.9.工具类应该屏蔽构造函数

工具类是一堆静态字段和函数的集合，不应该被实例化。但是， Java 为每个没有明确定义构造函数的类添加了一个隐式公有构造函数。所以，为了避免 java "小白"使用有误，应该显式定义私有构造函数来屏蔽这个隐式公有构造函数。

反例：

public class MathUtils { 
 public static final double PI = 3.1415926D; 
 public static int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
 } 
}

正例：

public class MathUtils { 
 public static final double PI = 3.1415926D; 
 private MathUtils() {} 
 public static int sum(int a, int b) { 
 return a + b; 
 } 
}

2.10.删除多余的异常捕获并抛出

用catch语句捕获异常后，什么也不进行处理，就让异常重新抛出，这跟不捕获异常的效果一样，可以删除这块代码或添加别的处理。

反例：

private static String readFile(String fileName) throws IOException { 
 try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName))) { 
 String line; 
 StringBuilder builder = new StringBuilder(); 
 while ((line = reader.readLine()) != null) { 
 builder.append(line); 
 } 
 return builder.toString(); 
 } catch (Exception e) { 
 throw e; 
 } 
}

正例：

private static String readFile(String fileName) throws IOException { 
 try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName))) { 
 String line; 
 StringBuilder builder = new StringBuilder(); 
 while ((line = reader.readLine()) != null) { 
 builder.append(line); 
 } 
 return builder.toString(); 
 } 
}

2.11.公有静态常量应该通过类访问

虽然通过类的实例访问公有静态常量是允许的，但是容易让人它误认为每个类的实例都有一个公有静态常量。所以，公有静态常量应该直接通过类访问。

反例：

public class User { 
 public static final String CONST_NAME = "name"; 
 ... 
} 
User user = new User(); 
String nameKey = user.CONST_NAME;

正例：

public class User { 
 public static final String CONST_NAME = "name"; 
 ... 
} 
String nameKey = User.CONST_NAME;

2.12.不要用 NullPointerException 判断空

空指针异常应该用代码规避（比如检测不为空），而不是用捕获异常的方式处理。

反例：

public String getUserName(User user) { 
 try { 
 return user.getName(); 
 } catch (NullPointerException e) { 
 return null; 
 } 
}

正例：

public String getUserName(User user) { 
 if (Objects.isNull(user)) { 
 return null; 
 } 
 return user.getName(); 
}

2.13.使用 String.valueOf(value) 代替 ""+value

当要把其它对象或类型转化为字符串时，使用 String.valueOf(value) 比 ""+value 的效率更高。

反例：

int i = 1; 
String s = "" + i;

正例：

int i = 1; 
String s = String.valueOf(i);

2.14.过时代码添加 @Deprecated 注解

当一段代码过时，但为了兼容又无法直接删除，不希望以后有人再使用它时，可以添加 @Deprecated 注解进行标记。在文档注释中添加 @deprecated 来进行解释，并提供可替代方案

正例：

/** 
 * 保存 
 * 
 * @deprecated 此方法效率较低，请使用{@link newSave()}方法替换它 
 */ 
@Deprecated 
public void save(){ 
 // do something 
}

03 如何让代码远离 bug

3.1.禁止使用构造方法 BigDecimal(double)

BigDecimal(double) 存在精度损失风险，在精确计算或值比较的场景中可能会导致业务逻辑异常。

反例：

BigDecimal value = new BigDecimal(0.1D); // 0.100000000000000005551115...

正例：

BigDecimal value = BigDecimal.valueOf(0.1D);; // 0.1

3.2.返回空数组和空集合而不是 null

返回 null ，需要调用方强制检测 null ，否则就会抛出空指针异常。返回空数组或空集合，有效地避免了调用方因为未检测 null 而抛出空指针异常，还可以删除调用方检测 null 的语句使代码更简洁。

反例：

public static Result[] getResults() { 
 return null; 
} 
public static List<Result> getResultList() { 
 return null; 
} 
public static Map<String, Result> getResultMap() { 
 return null; 
} 
public static void main(String[] args) { 
 Result[] results = getResults(); 
 if (results != null) { 
 for (Result result : results) { 
 ... 
 } 
 } 
 List<Result> resultList = getResultList(); 
 if (resultList != null) { 
 for (Result result : resultList) { 
 ... 
 } 
 } 
 Map<String, Result> resultMap = getResultMap(); 
 if (resultMap != null) { 
 for (Map.Entry<String, Result> resultEntry : resultMap) { 
 ... 
 } 
 } 
}

正例：

public static Result[] getResults() { 
 return new Result[0]; 
} 
public static List<Result> getResultList() { 
 return Collections.emptyList(); 
} 
public static Map<String, Result> getResultMap() { 
 return Collections.emptyMap(); 
} 
public static void main(String[] args) { 
 Result[] results = getResults(); 
 for (Result result : results) { 
 ... 
 } 
 List<Result> resultList = getResultList(); 
 for (Result result : resultList) { 
 ... 
 } 
 Map<String, Result> resultMap = getResultMap(); 
 for (Map.Entry<String, Result> resultEntry : resultMap) { 
 ... 
 } 
}

3.3.优先使用常量或确定值来调用 equals 方法

对象的 equals 方法容易抛空指针异常，应使用常量或确定有值的对象来调用 equals 方法。当然，使用java.util.Objects.equals() 方法是最佳实践。

反例：

public void isFinished(OrderStatus status) { 
 return status.equals(OrderStatus.FINISHED); // 可能抛空指针异常 
}

正例：

public void isFinished(OrderStatus status) { 
 return OrderStatus.FINISHED.equals(status); 
} 
public void isFinished(OrderStatus status) { 
 return Objects.equals(status, OrderStatus.FINISHED); 
}

3.4.枚举的属性字段必须是私有不可变

枚举通常被当做常量使用，如果枚举中存在公共属性字段或设置字段方法，那么这些枚举常量的属性很容易被修改。理想情况下，枚举中的属性字段是私有的，并在私有构造函数中赋值，没有对应的 Setter 方法，最好加上 final 修饰符。

反例：

public enum UserStatus { 
 DISABLED(0, "禁用"), 
 ENABLED(1, "启用"); 
 public int value; 
 private String description; 
 private UserStatus(int value, String description) { 
 this.value = value; 
 this.description = description; 
 } 
 public String getDescription() { 
 return description; 
 } 
 public void setDescription(String description) { 
 this.description = description; 
 } 
}

正例：

public enum UserStatus { 
 DISABLED(0, "禁用"), 
 ENABLED(1, "启用"); 
 private final int value; 
 private final String description; 
 private UserStatus(int value, String description) { 
 this.value = value; 
 this.description = description; 
 } 
 public int getValue() { 
 return value; 
 } 
 public String getDescription() { 
 return description; 
 } 
}

3.5.小心 String.split(String regex)

字符串 String 的 split 方法，传入的分隔字符串是正则表达式！部分关键字（比如.[]()|等）需要转义

反例：

"a.ab.abc".split("."); // 结果为[] 
"a|ab|abc".split("|"); // 结果为["a", "|", "a", "b", "|", "a", "b", "c"]

正例：

"a.ab.abc".split("."); // 结果为[] 
"a|ab|abc".split("|"); // 结果为["a", "|", "a", "b", "|", "a", "b", "c"]

04 总结

这篇文章，可以说是从事 Java 开发的经验总结，分享出来以供大家参考。希望能帮大家避免踩坑，让代码更加高效优雅。