2022-07-11

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Spring代码性能优化

一、Java性能优化

1、使用单例

使用单例可以减轻加载的负担，缩短加载的时间，提高加载的效率，但并不是所有地方都适用于单例，简单来说，单例主要适用于以下三个方面：

控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问；
控制实例的产生，以达到节约资源的目的；
控制数据共享，在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的进程或线程之间实现通信。

2、避免随意使用静态变量**

当某个对象被定义为static变量所引用，那么GC通常是不会回收这个对象所占有的内存

//此时静态变量b的生命周期与A类同步，如果A类不会卸载，那么b对象会常驻内存，直到程序终止。
public class A{
private static B b = new B();
}

3、 避免过多创建Java对象

在我们可以控制的范围内，最大限度地重用对象，最好能用基本的数据类型或数组来替代对象。

4、尽量使用final修饰符

带有final修饰符的类是不可派生的。java编译器会寻找机会内联（inline）所有的final方法（这和具体的编译器实现有关），此举能够使性能平均提高50%。

5、尽量使用局部变量

调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈（Stack）中，速度较快；其他变量，如静态变量、实例变量等，都在堆（Heap）中创建，速度较慢。

6. 尽量处理好包装类型和基本类型两者的使用场所

虽然包装类型和基本类型在使用过程中是可以相互转换，但它们两者所产生的内存区域是完全不同的，基本类型数据产生和处理都在栈中处理，包装类型是对象，是在堆中产生实例。在集合类对象，有对象方面需要的处理适用包装类型，其他的处理提倡使用基本类型。

7. 慎用synchronized，尽量减小synchronize的方法

实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。synchronize方法被调用时，直接会把当前对象锁了，在方法执行完之前其他线程无法调用当前对象的其他方法。所以，synchronize的方法尽量减小，并且应尽量使用方法同步代替代码块同步。

9. 尽量不要使用finalize方法

实际上，将资源清理放在finalize方法中完成是非常不好的选择，由于GC的工作量很大，尤其是回收Young代内存时，大都会引起应用程序暂停，所以再选择使用finalize方法进行资源清理，会导致GC负担更大，程序运行效率更差。

10. 尽量使用基本数据类型代替对象

//这种方式会创建一个“hello”字符串，而且JVM的字符缓存池还会缓存这个字符串；
String str = "hello"; 
//程序除创建字符串外，str所引用的String对象底层还包含一个char[]数组，这个char[]数组依次存放了h,e,l,l,o
String str = new String("hello");

11. 多线程在未发生线程安全前提下应尽量使用HashMap、ArrayList

HashTable、Vector等使用了同步机制，降低了性能。

12. 尽量合理的创建HashMap

当你要创建一个比较大的hashMap时，充分利用这个构造函数

1	public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);

避免HashMap多次进行了hash重构,扩容是一件很耗费性能的事，在默认中initialCapacity只有16，而loadFactor是 0.75，需要多大的容量，你最好能准确的估计你所需要的最佳大小，同样的Hashtable，Vectors也是一样的道理。

13. 尽量减少对变量的重复计算

1
2
3

for(int i=0;i<list.size();i++)  
//应该改为：
for(int i=0,len=list.size();i<len;i++)

并且在循环中应该避免使用复杂的表达式，在循环中，循环条件会被反复计算，如果不使用复杂表达式，而使循环条件值不变的话，程序将会运行的更快。

14. 尽量避免不必要的创建

A a = new A();  
if(i==1){  
list.add(a);  
}  
//应该改为：  

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

15. 尽量在finally块中释放资源

程序中使用到的资源应当被释放，以避免资源泄漏，这最好在finally块中去做。不管程序执行的结果如何，finally块总是会执行的，以确保资源的正确关闭。

16. 尽量使用移位来代替’a/b’的操作

"/"是一个代价很高的操作，使用移位的操作将会更快和更有效。但注意的是使用移位应添加注释，因为移位操作不直观，比较难理解。

int num = a / 4;  
int num = a / 8;  
//应该改为：
int num = a >> 2;  
int num = a >> 3;

17.尽量使用移位来代替’a*b’的操作

对于’ *'操作，使用移位的操作将会更快和更有效

int num = a * 4;  
int num = a * 8;  
//应该改为：
int num = a << 2;  
int num = a << 3;

18. 尽量确定StringBuffer的容量

StringBuffer的默认容量为16，当StringBuffer的容量达到最大容量时，它会将自身容量增加到当前的2倍+2，也就是2*n+2。无论何时，只要StringBuffer到达它的最大容量，它就不得不创建一个新的对象数组，然后复制旧的对象数组，这会浪费很多时间。所以给StringBuffer设置一个合理的初始化容量值，是很有必要的！

19. 尽量早释放无用对象的引用

大部分时，方法局部引用变量所引用的对象会随着方法结束而变成垃圾，因此，大部分时候程序无需将局部，引用变量显式设为null。

Public void test(){  
Object obj = new Object();  
……  
Obj=null;  
}  
//上面这个就没必要了，随着方法test()的执行完成，程序中obj引用变量的作用域就结束了。但是如果是改成下面：
Public void test(){  
Object obj = new Object();  
……  
Obj=null;  
//执行耗时，耗内存操作；或调用耗时，耗内存的方法  
……  
}

这时候就有必要将obj赋值为null，可以尽早的释放对Object对象的引用。

20. 尽量避免使用二维数组

二维数据占用的内存空间比一维数组多得多，大概10倍以上。

21. 尽量避免使用split

除非是必须的，否则应该避免使用split，split由于支持正则表达式，所以效率比较低，如果是频繁的几十，几百万的调用将会耗费大量资源，如果确实需要频繁的调用split，可以考虑使用apache的StringUtils.split(string,char)，频繁split的可以缓存结果。

22. ArrayList & LinkedList

一个是线性表，一个是链表，一句话，随机查询尽量使用ArrayList，ArrayList优于LinkedList，LinkedList还要移动指针，添加删除的操作LinkedList优于ArrayList，ArrayList还要移动数据，不过这是理论性分析，事实未必如此，重要的是理解好2者得数据结构，对症下药。

23. 尽量使用System.arraycopy ()代替通过来循环复制数组

System.arraycopy() 要比通过循环来复制数组快的多。

24. 尽量缓存经常使用的对象

尽可能将经常使用的对象进行缓存，可以使用数组，或HashMap的容器来进行缓存，但这种方式可能导致系统占用过多的缓存，性能下降，推荐可以使用一些第三方的开源工具，如EhCache，Oscache进行缓存，他们基本都实现了FIFO/FLU等缓存算法。

25. 尽量避免非常大的内存分配

有时候问题不是由当时的堆状态造成的，而是因为分配失败造成的。分配的内存块都必须是连续的，而随着堆越来越满，找到较大的连续块越来越困难。

26. 慎用异常

当创建一个异常时，需要收集一个栈跟踪(stack track)，这个栈跟踪用于描述异常是在何处创建的。构建这些栈跟踪时需要为运行时栈做一份快照，正是这一部分开销很大。当需要创建一个 Exception 时，JVM 不得不说：先别动，我想就您现在的样子存一份快照，所以暂时停止入栈和出栈操作。栈跟踪不只包含运行时栈中的一两个元素，而是包含这个栈中的每一个元素。

如果您创建一个 Exception ，就得付出代价，好在捕获异常开销不大，因此可以使用 try-catch 将核心内容包起来。从技术上讲，你甚至可以随意地抛出异常，而不用花费很大的代价。招致性能损失的并不是 throw 操作——尽管在没有预先创建异常的情况下就抛出异常是有点不寻常。真正要花代价的是创建异常，幸运的是，好的编程习惯已教会我们，不应该不管三七二十一就抛出异常。异常是为异常的情况而设计的，使用时也应该牢记这一原则。

27. 尽量重用对象

特别是String对象的使用中，出现字符串连接情况时应使用StringBuffer代替，由于系统不仅要花时间生成对象，以后可能还需要花时间对这些对象进行垃圾回收和处理。因此生成过多的对象将会给程序的性能带来很大的影响。

28. 不要重复初始化变量

默认情况下，调用类的构造函数时，java会把变量初始化成确定的值，所有的对象被设置成null，整数变量设置成0，float和double变量设置成0.0，逻辑值设置成false。当一个类从另一个类派生时，这一点尤其应该注意，因为用new关键字创建一个对象时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。

这里有个注意，给成员变量设置初始值但需要调用其他方法的时候，最好放在一个方法。比如initXXX()中，因为直接调用某方法赋值可能会因为类尚未初始化而抛空指针异常，如：public int state = this.getState()。

java开发时一些小tips

在java+Oracle的应用系统开发中，java中内嵌的SQL语言应尽量使用大写形式，以减少Oracle解析器的解析负担。
在java编程过程中，进行数据库连接，I/O流操作，在使用完毕后，及时关闭以释放资源。因为对这些大对象的操作会造成系统大的开销。
过分的创建对象会消耗系统的大量内存，严重时，会导致内存泄漏，因此，保证过期的对象的及时回收具有重要意义。JVM的GC并非十分智能，因此建议在对象使用完毕后，手动设置成null。
在使用同步机制时，应尽量使用方法同步代替代码块同步。
不要在循环中使用Try/Catch语句，应把Try/Catch放在循环最外层
Error是获取系统错误的类，或者说是虚拟机错误的类。不是所有的错误Exception都能获取到的，虚拟机报错Exception就获取不到，必须用Error获取。

30. 合理使用java.util.Vector

Vector与StringBuffer类似，每次扩展容量时，所有现有元素都要赋值到新的存储空间中。Vector的默认存储能力为10个元素，扩容加倍。

31. 不用new关键字创建对象的实例

用new关键词创建类的实例时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。但如果一个对象实现了Cloneable接口，我们可以调用它的clone()方法。clone()方法不会调用任何类构造函数。

32. 不要将数组声明为：public static final

33. HaspMap的遍历：

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

利用散列值取出相应的Entry做比较得到结果，取得entry的值之后直接取key和value。

34. array(数组)和ArrayList的使用

array 数组效率最高，但容量固定，无法动态改变，ArrayList容量可以动态增长，但牺牲了效率。

35. 单线程应尽量使用 HashMap, ArrayList,除非必要，否则不推荐使用HashTable,Vector，它们使用了同步机制，而降低了性能。

36. StringBuffer，StringBuilder的区别

java.lang.StringBuffer 线程安全的可变字符序列。一个类似于String的字符串缓冲区，但不能修改。StringBuilder与该类相比，通常应该优先使用StringBuilder类，因为它支持所有相同的操作，但由于它不执行同步，所以速度更快。相同情况下，使用StringBuilder比使用StringBuffer仅能获得10%~15%的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。综合考虑还是建议使用StringBuffer。

37. 考虑使用静态方法

如果你没有必要去访问对象的外部，那么就使你的方法成为静态方法。它会被更快地调用，因为它不需要一个虚拟函数导向表。这同时也是一个很好的实践，因为它告诉你如何区分方法的性质，调用这个方法不会改变对象的状态。

38. 应尽可能避免使用内在的GET,SET方法。

39.避免枚举，浮点数的使用。

40.在字符串相加的时候，使用 ’ ’ 代替 " "，如果该字符串只有一个字符的话

二、SpringBoot性能优化

1、异步执行

可以参考：Java8异步编程

使用异步注解 @aysnc、启动类：添加 @EnableAsync 注解
JDK 8 本身有一个非常好用的 Future 类——CompletableFuture

CompletableFuture.supplyAsync() 方法构造一个 CompletableFuture 实例，在 supplyAsync() 方法中，它会在一个新线程中，执行传入的参数。在这里它会执行 calc() 方法，这个方法可能是比较慢的，但这并不影响 CompletableFuture 实例的构造速度，supplyAsync() 会立即返回。而返回的 CompletableFuture 实例就可以作为这次调用的契约，在将来任何场合，用于获得最终的计算结果。

supplyAsync 用于提供返回值的情况，CompletableFuture 还有一个不需要返回值的异步调用方法 runAsync(Runnable runnable)，一般我们在优化 Controller 时，使用这个方法比较多。

这两个方法如果在不指定线程池的情况下，都是在 ForkJoinPool.common 线程池中执行，而这个线程池中的所有线程都是 Daemon（守护）线程，所以当主线程结束时，这些线程无论执行完毕都会退出系统。

/**
* 我们用休眠 1 秒来模拟一个长时间的计算过程，
* 并将计算结果告诉 future 执行结果，AskThread 线程将会继续执行。
*/
public class Calc {
    public static Integer calc(Integer para) {
        try {
            //模拟一个长时间的执行
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return para * para;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        final CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> calc(50))
                .thenApply((i) -> Integer.toString(i))
                .thenApply((str) -> "\"" + str + "\"")
                .thenAccept(System.out::println);
        System.out.println("率先执行");
        future.get();
    }
}

异步调用使用 Callable 来实现：

@RestController
public class HelloController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);


    @GetMapping("/helloworld")
    public String helloWorldController() {
        return "hello world";
    }

    /**
     * 异步调用restful
     * 当controller返回值是Callable的时候，springmvc就会启动一个线程将Callable交给TaskExecutor去处理
     * 然后DispatcherServlet还有所有的spring拦截器都退出主线程，然后把response保持打开的状态
     * 当Callable执行结束之后，springmvc就会重新启动分配一个request请求，然后DispatcherServlet就重新
     * 调用和处理Callable异步执行的返回结果， 然后返回视图
     *
     * @return
     */
    @GetMapping("/hello")
    public Callable<String> helloController() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");
        Callable<String> callable = new Callable<String>() {

            @Override
            public String call() throws Exception {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
                String say = "hello world";
                Thread.sleep(3000);
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");
                return say;
            }
        };
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");
        return callable;
    }
}

异步调用的方式 WebAsyncTask：

@RestController
public class HelloController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);


    /**
     * 带超时时间的异步请求 通过WebAsyncTask自定义客户端超时间
     *
     * @return
     */
    @GetMapping("/world")
    public WebAsyncTask<String> worldController() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");

        // 3s钟没返回，则认为超时
        WebAsyncTask<String> webAsyncTask = new WebAsyncTask<>(3000, new Callable<String>() {

            @Override
            public String call() throws Exception {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
                String say = "hello world";
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");
                return say;
            }
        });
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");

        webAsyncTask.onCompletion(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");
            }
        });

        webAsyncTask.onTimeout(new Callable<String>() {

            @Override
            public String call() throws Exception {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");
                // 超时的时候，直接抛异常，让外层统一处理超时异常
                throw new TimeoutException("调用超时");
            }
        });
        return webAsyncTask;
    }

    /**
     * 异步调用，异常处理，详细的处理流程见MyExceptionHandler类
     *
     * @return
     */
    @GetMapping("/exception")
    public WebAsyncTask<String> exceptionController() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");
        Callable<String> callable = new Callable<String>() {

            @Override
            public String call() throws Exception {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
                throw new TimeoutException("调用超时!");
            }
        };
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");
        return new WebAsyncTask<>(20000, callable);
    }

}

2、增加内嵌 Tomcat 的最大连接数

@Configuration
public class TomcatConfig {
    @Bean
    public ConfigurableServletWebServerFactory webServerFactory() {
        TomcatServletWebServerFactory tomcatFactory = new TomcatServletWebServerFactory();
        tomcatFactory.addConnectorCustomizers(new MyTomcatConnectorCustomizer());
        tomcatFactory.setPort(8005);
        tomcatFactory.setContextPath("/api-s");
        return tomcatFactory;
    }
    class MyTomcatConnectorCustomizer implements TomcatConnectorCustomizer {
        public void customize(Connector connector) {
            Http11NioProtocol protocol = (Http11NioProtocol) connector.getProtocolHandler();
            //设置最大连接数
            protocol.setMaxConnections(20000);
            //设置最大线程数
            protocol.setMaxThreads(2000);
            protocol.setConnectionTimeout(30000);
        }
    }
}

3、使用 @ComponentScan()

使用 @ComponentScan() 定位扫包比 @SpringBootApplication 扫包更快。

4、默认 Tomcat 容器改为 Undertow

默认 Tomcat 容器改为 Undertow（Jboss 下的服务器，Tomcat 吞吐量 5000，Undertow 吞吐量 8000）

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <!-- 移除嵌入式tomcat插件 -->
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>

5、使用 BufferedWriter 进行缓冲

6、Deferred 方式实现异步调用

@RestController
public class AsyncDeferredController {
    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
    private final LongTimeTask taskService;

    @Autowired
    public AsyncDeferredController(LongTimeTask taskService) {
        this.taskService = taskService;
    }

    @GetMapping("/deferred")
    public DeferredResult<String> executeSlowTask() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入executeSlowTask方法");
        DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>();
        // 调用长时间执行任务
        taskService.execute(deferredResult);
        // 当长时间任务中使用deferred.setResult("world");这个方法时，会从长时间任务中返回，继续controller里面的流程
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "从executeSlowTask方法返回");
        // 超时的回调方法
        deferredResult.onTimeout(new Runnable(){

            @Override
            public void run() {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");
                // 返回超时信息
                deferredResult.setErrorResult("time out!");
            }
        });

        // 处理完成的回调方法，无论是超时还是处理成功，都会进入这个回调方法
        deferredResult.onCompletion(new Runnable(){

            @Override
            public void run() {
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onCompletion");
            }
        });

        return deferredResult;
    }
}

7、异步调用使用 AsyncHandlerInterceptor 进行拦截

@Component
public class MyAsyncHandlerInterceptor implements AsyncHandlerInterceptor {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyAsyncHandlerInterceptor.class);

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
            throws Exception {
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler,
                           ModelAndView modelAndView) throws Exception {
// HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
        logger.info(Thread.currentThread().getName()+ "服务调用完成，返回结果给客户端");
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
            throws Exception {
        if(null != ex){
            System.out.println("发生异常:"+ex.getMessage());
        }
    }

    @Override
    public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
            throws Exception {

        // 拦截之后，重新写回数据，将原来的hello world换成如下字符串
        String resp = "my name is chhliu!";
        response.setContentLength(resp.length());
        response.getOutputStream().write(resp.getBytes());

        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入afterConcurrentHandlingStarted方法");
    }

}

参考文章

Java性能优化的50个细节，记得收藏！

Spring Boot性能太差，教你几招轻松搞定

-------------本文结束^-^感谢您的阅读-------------

本文作者： Shawn
发布时间： 2022-07-11
最后更新： 2022-07-11
本文标题： Spring代码性能优化
本文链接： https://blog.shawncoding.top/posts/9af9fa7c.html
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