Java 程序经验小结：性能优化手段之避免创建不必要的对象

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发布于: 2021 年 01 月 17 日

1、写在开头

一般来说，最好能重用对象，而不是在每次需要的时候创建同一个相同功能的新对象。重用对象是快速又高效的一种编码手段。

本节讨论的目标：就是如何优化已经出现重复创建对象的代码块，以达到优化性能。

本文属于《读懂 Effective Java》系列文章，本系列文章的大纲如下：

开讲前，我们先回顾下 JVM 的基本结构。根据《Java 虚拟机规范（Java SE 7 版）》。

JVM 的内存管理包括以下几个运行时数据区域：

程序计数器（Program Counter Register）：当前线程执行的字节码指示器
Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java 方法执行的内存模型，每个方法会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
本地方法栈（Native Method Stack）：（虚拟机使用到的）本地方法执行的内存模型。
Java 堆（Java Heap）：虚拟机启动时创建的内存区域，唯一目的是存放对象实例，处于逻辑连续但物理不连续内存空间中。
方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）：方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面值和符号引用。

2、场景 1：不可变对象的重复创建

如果对象是不可变（immutable），它就始终可以被重用。

我们先看 例子 1：


public class TestStringCreate {public static void main(String[] args) {String s1 = new String("stringette");//反例String s2 = "stringette";//正解  }}

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语句 1：String s1 = new String("stringette");

经过编译期，字符串“stringette”在类加载时已经创建好了对象，这里传递给 String 构造器的参数 ("stringette") 本身就是一个 String 实例。（因此属于重复创建对象的案例！这里会涉及 JVM 对 String 对象的内存分配原理，可以参考公众号的另一篇文章：《String 源码剖析》）

语句 2：String s2 = "stringette";

这个优化版本，只用了一个实例，而不是执行时创建的新实例。

构造器在每次被调用时，都会创建一个新的对象，而静态方法则不要求也实际上不会这么做。

3、场景 2：可变对象的重复创建

对于已知不会被修改的可变对象，也是可以被重用的。

我们先看 例子 2：


//反例public class Person {  private final Date birthDate;public Person(Date birthDate) {this.birthDate = birthDate;  }public boolean isBababyBoomer(){//每次调用方法，执行一次Calendar gmtCal = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("GMT"));    gmtCal.set(1946, Calendar.JANUARY, 1,0,0,0);    Date boomStart = gmtCal.getTime();    gmtCal.set(1965, Calendar.JANUARY, 1,0,0,0);    Date boomEnd = gmtCal.getTime();return (birthDate.compareTo(boomStart) >= 0) && (birthDate.compareTo(boomEnd)<0);  }}

复制代码

代码分析：

isBababyBoomer 方法每次被调用，都会创建一个 Calendar 、一个 TimeZone 和两个 Date，显然这是不必要的。

代码优化：

利用一个静态的初始化器（initializer）避免这个效率低下的情况，如例子 3：


public class Person2 {private final Date birthDate;private static final Date BOOM_START = null;private static final Date BOOM_END = null;
//静态代码块，执行一次static {    Calendar gmtCal = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("GMT"));    gmtCal.set(1946, Calendar.JANUARY, 1,0,0,0);Date boomStart = gmtCal.getTime();    gmtCal.set(1965, Calendar.JANUARY, 1,0,0,0);Date boomEnd = gmtCal.getTime();  }
public Person2(Date birthDate) {this.birthDate = birthDate;  }
public boolean isBababyBoomer(){return (birthDate.compareTo(BOOM_START) >= 0) && (birthDate.compareTo(BOOM_END)<0);  }}

复制代码

代码分析：

改进后，Calendar 、一个 TimeZone 和 Date 都只会在初始化时被实例化一次，而不是 isBababyBoomer 方法每次被调用时都会创建。

4、场景 3：自动装箱机制带来的性能开销

jdk 发行版（1.5 之后），有一种创建多余对象的新方法：自动装箱（autoboxing），它允许程序员将基本类型 & 装箱基本类型（Boxed Primitive Type）进行混用，按需装箱与拆箱。

自动装箱机制，导致基本类型与装箱类型这两者在语义上只有微妙差役，但在性能上有比较明显的差别。

我们看下例子 4：


/** * <p> *     jdk5之后，自动装箱使得 基本类型 & 装箱基本类型（Boxed Primitive Type）混用。 *     两者在语义上有微妙差役，但在性能上有比较明显的差别。 * </p> */public class TestAutoBoxing {public static void main(String[] args) {    testPrimitive();    testBoxing();  }  //装箱类型private static void testBoxing() {long start = System.currentTimeMillis();Long sum = 0L;for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++){      sum += i;    }    System.out.println("User Boxing, sum = " + sum+ ", cost : " + (System.currentTimeMillis() - start)/1000 + "ms");  }  //基本类型private static void testPrimitive() {long start = System.currentTimeMillis();long sum = 0L;for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++){      sum += i;    }    System.out.println("User Primitive type, sum = " + sum+ ", cost : " + (System.currentTimeMillis() - start)/1000 + "ms");  }}

复制代码

运行结果：

User Primitive type, sum = 2305843005992468481, cost : 1msUser Boxing, sum = 2305843005992468481, cost : 8ms

复制代码

代码分析：

先说结果：同样一个循环执行代码段，使用自动装箱的运行时间是使用基本类型的 8 倍。

语句：Long sum = 0L;

使用了自动装箱机制，意味着程序构造了大概 2 的 31 次方个多余的 Long 实例（大约每次往 Long sum 增加 long 时构造一个实例）。

语句：long sum = 0L;

使用了基础类型，减少了多余的创建对象的开销。

优先使用基本类型而不是装箱基本类型，要当心无意识的自动装箱所带来的性能损耗。

5、总结

实际上，由于小对象的构造器知识做很少的显式工作，所以它的创建 &回收动作是非常廉价的，特别是现代的 JVM 实现上更是如此。

但是，我们对于维护自己的对象池（object pool）来避免创建对象不一定是好事，除非对象池的对象十分重要，如：数据库连接。

另外，在提倡保护性拷贝时，因为重用对象而付出的代码要比创建重复对象的代码要高，这一点我们后续再聊。

6、延伸阅读

《源码系列》

《JDK之Object 类》

《JDK之BigDecimal 类》

《JDK之String 类》

《JDK之Lambda表达式》

《经典书籍》

《Java并发编程实战：第1章多线程安全性与风险》

《Java并发编程实战：第2章影响线程安全性的原子性和加锁机制》

《Java并发编程实战：第3章助于线程安全的三剑客：final & volatile & 线程封闭》

《服务端技术栈》

《Docker 核心设计理念》

《Kafka史上最强原理总结》

《HTTP的前世今生》

《算法系列》

《读懂排序算法（一）：冒泡&直接插入&选择比较》

《读懂排序算法（六）：二分查找算法》

《设计模式》

发布于: 2021 年 01 月 17 日阅读数: 45

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/9e5ed2ba99b19a23748aae869】。文章转载请联系作者。

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Java 程序经验小结：性能优化手段之避免创建不必要的对象

1、写在开头

2、场景 1：不可变对象的重复创建

3、场景 2：可变对象的重复创建

4、场景 3：自动装箱机制带来的性能开销

5、总结

6、延伸阅读

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