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blog名称:DMman(数据挖掘青年)
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建立时间:2007年4月9日




[Java SE]不错的经典文章:java提速
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数据挖掘青年 发表于 2007/12/3 21:16:34

http://www.itpub.net/15069.html Java语言特别强调准确性,但可靠的行为要以性能作为代价。这一特点反映在自动收集垃圾、严格的运行期检查、完整的字节码检查以及保守的运行期同步等等方面。对一个解释型的虚拟机来说,由于目前有大量平台可供挑选,所以进一步阻碍了性能的发挥。“先做完它,再逐步完善。幸好需要改进的地方通常不会太多。”(Steve McConnell的《About performance》[16])本附录的宗旨就是指导大家寻找和优化“需要完善的那一部分”。D.1 基本方法只有正确和完整地检测了程序后,再可着手解决性能方面的问题:(1) 在现实环境中检测程序的性能。若符合要求,则目标达到。若不符合,则转到下一步。(2) 寻找最致命的性能瓶颈。这也许要求一定的技巧,但所有努力都不会白费。如简单地猜测瓶颈所在,并试图进行优化,那么可能是白花时间。(3) 运用本附录介绍的提速技术,然后返回步骤1。为使努力不至白费,瓶颈的定位是至关重要的一环。Donald Knuth[9]曾改进过一个程序,那个程序把50%的时间都花在约4%的代码量上。在仅一个工作小时里,他修改了几行代码,使程序的执行速度倍增。此时,若将时间继续投入到剩余代码的修改上,那么只会得不偿失。Knuth在编程界有一句名言:“过早的优化是一切麻烦的根源”(Premature optimization is the root of all evil)。最明智的做法是抑制过早优化的冲动,因为那样做可能遗漏多种有用的编程技术,造成代码更难理解和操控,并需更大的精力进行维护。D.2 寻找瓶颈为找出最影响程序性能的瓶颈,可采取下述几种方法:D.2.1 安插自己的测试代码插入下述“显式”计时代码,对程序进行评测:long start = System.currentTimeMillis();// 要计时的运算代码放在这儿long time = System.currentTimeMillis() - start;利用System.out.println(),让一种不常用到的方法将累积时间打印到控制台窗口。由于一旦出错,编译器会将其忽略,所以可用一个“静态最终布尔值”(Static final boolean)打开或关闭计时,使代码能放心留在最终发行的程序里,这样任何时候都可以拿来应急。尽管还可以选用更复杂的评测手段,但若仅仅为了量度一个特定任务的执行时间,这无疑是最简便的方法。System.currentTimeMillis()返回的时间以千分之一秒(1毫秒)为单位。然而,有些系统的时间精度低于1毫秒(如Windows PC),所以需要重复n次,再将总时间除以n,获得准确的时间。D.2.2 JDK性能评测[2]JDK配套提供了一个内建的评测程序,能跟踪花在每个例程上的时间,并将评测结果写入一个文件。不幸的是,JDK评测器并不稳定。它在JDK 1.1.1中能正常工作,但在后续版本中却非常不稳定。为运行评测程序,请在调用Java解释器的未优化版本时加上-prof选项。例如:java_g -prof myClass或加上一个程序片(Applet):java_g -prof sun.applet.AppletViewer applet.html理解评测程序的输出信息并不容易。事实上,在JDK 1.0中,它居然将方法名称截短为30字符。所以可能无法区分出某些方法。然而,若您用的平台确实能支持-prof选项,那么可试试Vladimir Bulatov的“HyperPorf”[3]或者Greg White的“ProfileViewer”来解释一下结果。D.2.3 特殊工具如果想随时跟上性能优化工具的潮流,最好的方法就是作一些Web站点的常客。比如由Jonathan Hardwick制作的“Tools for Optimizing Java”(Java优化工具)网站:http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/tools.htmlD.2.4 性能评测的技巧■由于评测时要用到系统时钟,所以当时不要运行其他任何进程或应用程序,以免影响测试结果。■如对自己的程序进行了修改,并试图(至少在开发平台上)改善它的性能,那么在修改前后应分别测试一下代码的执行时间。■尽量在完全一致的环境中进行每一次时间测试。■如果可能,应设计一个不依赖任何用户输入的测试,避免用户的不同反应导致结果出现误差。D.3 提速方法现在,关键的性能瓶颈应已隔离出来。接下来,可对其应用两种类型的优化:常规手段以及依赖Java语言。D.3.1 常规手段通常,一个有效的提速方法是用更现实的方式重新定义程序。例如,在《Programming Pearls》(编程拾贝)一书中[14],Bentley利用了一段小说数据描写,它可以生成速度非常快、而且非常精简的拼写检查器,从而介绍了Doug McIlroy对英语语言的表述。除此以外,与其他方法相比,更好的算法也许能带来更大的性能提升——特别是在数据集的尺寸越来越大的时候。欲了解这些常规手段的详情,请参考本附录末尾的“一般书籍”清单。D.3.2 依赖语言的方法为进行客观的分析,最好明确掌握各种运算的执行时间。这样一来,得到的结果可独立于当前使用的计算机——通过除以花在本地赋值上的时间,最后得到的就是“标准时间”。运算 示例 标准时间本地赋值 i=n; 1.0实例赋值 this.i=n; 1.2int增值 i++; 1.5byte增值 b++; 2.0short增值 s++; 2.0float增值 f++; 2.0double增值 d++; 2.0空循环 while(true) n++; 2.0三元表达式 (x<0) ?-x : x 2.2算术调用 Math.abs(x); 2.5数组赋值 a[0] = n; 2.7long增值 l++; 3.5方法调用 funct(); 5.9throw或catch异常 try{ throw e; }或catch(e){} 320同步方法调用 synchMehod(); 570新建对象 new Object(); 980新建数组 new int[10]; 3100通过自己的系统(如我的Pentium 200 Pro,Netscape 3及JDK 1.1.5),这些相对时间向大家揭示出:新建对象和数组会造成最沉重的开销,同步会造成比较沉重的开销,而一次不同步的方法调用会造成适度的开销。参考资源[5]和[6]为大家总结了测量用程序片的Web地址,可到自己的机器上运行它们。1. 常规修改下面是加快Java程序关键部分执行速度的一些常规操作建议(注意对比修改前后的测试结果)。将... 修改成... 理由接口 抽象类(只需一个父时) 接口的多个继承会妨碍性能的优化非本地或数组循环变量 本地循环变量根据前表的耗时比较,一次实例整数赋值的时间是本地整数赋值时间的1.2倍,但数组赋值的时间是本地整数赋值的2.7倍链接列表(固定尺寸)保存丢弃的链接项目,或将列表替换成一个循环数组(大致知道尺寸)每新建一个对象,都相当于本地赋值980次。参考“重复利用对象”(下一节)、Van Wyk[12] p.87以及Bentley[15] p.81x/2(或2的任意次幂) X>>2(或2的任意次幂)使用更快的硬件指令D.3.3 特殊情况■字串的开销:字串连接运算符+看似简单,但实际需要消耗大量系统资源。编译器可高效地连接字串,但变量字串却要求可观的处理器时间。例如,假设s和t是字串变量:System.out.println("heading" + s + "trailer" + t);上述语句要求新建一个StringBuffer(字串缓冲),追加自变量,然后用toString()将结果转换回一个字串。因此,无论磁盘空间还是处理器时间,都会受到严重消耗。若准备追加多个字串,则可考虑直接使用一个字串缓冲——特别是能在一个循环里重复利用它的时候。通过在每次循环里禁止新建一个字串缓冲,可节省980单位的对象创建时间(如前所述)。利用substring()以及其他字串方法,可进一步地改善性能。如果可行,字符数组的速度甚至能够更快。也要注意由于同步的关系,所以StringTokenizer会造成较大的开销。■同步:在JDK解释器中,调用同步方法通常会比调用不同步方法慢10倍。经JIT编译器处理后,这一性能上的差距提升到50到100倍(注意前表总结的时间显示出要慢97倍)。所以要尽可能避免使用同步方法——若不能避免,方法的同步也要比代码块的同步稍快一些。■重复利用对象:要花很长的时间来新建一个对象(根据前表总结的时间,对象的新建时间是赋值时间的980倍,而新建一个小数组的时间是赋值时间的3100倍)。因此,最明智的做法是保存和更新老对象的字段,而不是创建一个新对象。例如,不要在自己的paint()方法中新建一个Font对象。相反,应将其声明成实例对象,再初始化一次。在这以后,可在paint()里需要的时候随时进行更新。参见Bentley编著的《编程拾贝》,p.81[15]。■异常:只有在不正常的情况下,才应放弃异常处理模块。什么才叫“不正常”呢?这通常是指程序遇到了问题,而这一般是不愿见到的,所以性能不再成为优先考虑的目标。进行优化时,将小的“try-catch”块合并到一起。由于这些块将代码分割成小的、各自独立的片断,所以会妨碍编译器进行优化。另一方面,若过份热衷于删除异常处理模块,也可能造成代码健壮程度的下降。■散列处理:首先,Java 1.0和1.1的标准“散列表”(Hashtable)类需要造型以及特别消耗系统资源的同步处理(570单位的赋值时间)。其次,早期的JDK库不能自动决定最佳的表格尺寸。最后,散列函数应针对实际使用项(Key)的特征设计。考虑到所有这些原因,我们可特别设计一个散列类,令其与特定的应用程序配合,从而改善常规散列表的性能。注意Java 1.2集合库的散列映射(HashMap)具有更大的灵活性,而且不会自动同步。■方法内嵌:只有在方法属于final(最终)、private(专用)或static(静态)的情况下,Java编译器才能内嵌这个方法。而且某些情况下,还要求它绝对不可以有局部变量。若代码花大量时间调用一个不含上述任何属性的方法,那么请考虑为其编写一个“final”版本。■I/O:应尽可能使用缓冲。否则,最终也许就是一次仅输入/输出一个字节的恶果。注意JDK 1.0的I/O类采用了大量同步措施,所以若使用象readFully()这样的一个“大批量”调用,然后由自己解释数据,就可获得更佳的性能。也要注意Java 1.1的“reader”和“writer”类已针对性能进行了优化。■造型和实例:造型会耗去2到200个单位的赋值时间。开销更大的甚至要求上溯继承(遗传)结构。其他高代价的操作会损失和恢复更低层结构的能力。■图形:利用剪切技术,减少在repaint()中的工作量;倍增缓冲区,提高接收速度;同时利用图形压缩技术,缩短下载时间。来自JavaWorld的“Java Applets”以及来自Sun的“Performing Animation”是两个很好的教程。请记着使用最贴切的命令。例如,为根据一系列点画一个多边形,和drawLine()相比,drawPolygon()的速度要快得多。如必须画一条单像素粗细的直线,drawLine(x,y,x,y)的速度比fillRect(x,y,1,1)快。■使用API类:尽量使用来自Java API的类,因为它们本身已针对机器的性能进行了优化。这是用Java难于达到的。比如在复制任意长度的一个数组时,arraryCopy()比使用循环的速度快得多。■替换API类:有些时候,API类提供了比我们希望更多的功能,相应的执行时间也会增加。因此,可定做特别的版本,让它做更少的事情,但可更快地运行。例如,假定一个应用程序需要一个容器来保存大量数组。为加快执行速度,可将原来的Vector(矢量)替换成更快的动态对象数组。1. 其他建议■将重复的常数计算移至关键循环之外——比如计算固定长度缓冲区的buffer.length。■static final(静态最终)常数有助于编译器优化程序。■实现固定长度的循环。■使用javac的优化选项:-O。它通过内嵌static,final以及private方法,从而优化编译过的代码。注意类的长度可能会增加(只对JDK 1.1而言——更早的版本也许不能执行字节查证)。新型的“Just-in-time”(JIT)编译器会动态加速代码。■尽可能地将计数减至0——这使用了一个特殊的JVM字节码。


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回复:不错的经典文章:java提速
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真不准发表评论于2007/12/4 8:39:28

我只会改动一些明显效率非常低的语句块,特别是数据库存取方面的优化效果明显。一些CPU运算的内容一般问题不大。 以下为blog主人的回复:  新手连接、查询、关闭等操作数据库问题很多。也许会有像delphi中Connection、ADOQuery等控件出现,把这些操作优化实现并封装起来就简单了


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