Java程序优化的一些最佳实践
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2021-02-03
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Java程序优化的一些最佳实践程序优化的一些最佳实践
摘要摘要：本文介绍了Java代码优化的过程，总结了优化Java程序的一些最佳实践，分析了进行优化的方法并解释了性能提升的
原因。多角度分析导致性能低的原因并逐个进行优化使得程序性能得到极大提升，代码可读性、可扩展性更强。
作者通过经历的一个项目实例，介绍Java代码优化的过程，总结了优化Java程序的一些最佳实践，分析了进行优化的方法，
并解释了性能提升的原因。作者从多个角度分析导致性能低的原因，并逐个进行优化，最终使得程序的性能得到极大提升，增
强了代码的可读性、可扩展性
一、衡量程序的标准
衡量一个程序是否优质，可以从多个角度进行分析。其中，最常见的衡量标准是程序的时间复杂度、空间复杂度，以及代码的
可读性、可扩展性。针对程序的时间复杂度和空间复杂度，想要优化程序代码，需要对数据结构与算法有深入的理解，并且熟
悉计算机系统的基本概念和原理；而针对代码的可读性和可扩展性，想要优化程序代码，需要深入理解软件架构设计，熟知并
会应用合适的设计模式。
首先，如今计算机系统的存储空间已经足够大了，达到了 TB 级别，因此相比于空间复杂度，时间复杂度是程序员首要
考虑的因素。为了追求高性能，在某些频繁操作执行时，甚至可以考虑用空间换取时间。
其次，由于受到处理器制造工艺的物理限制、成本限制，CPU主频的增长遇到了瓶颈，摩尔定律已渐渐失效，每隔18个
月CPU主频即翻倍的时代已经过去了，程序员的编程方式发生了彻底的改变。在目前这个多核多处理器的时代，涌现了
原生支持多线程的语言（如Java）以及分布式并行计算框架（如Hadoop）。为了使程序充分地利用多核CPU，简单地
实现一个单线程的程序是远远不够的，程序员需要能够编写出并发或者并行的多线程程序。
最后，大型软件系统的代码行数达到了百万级，如果没有一个设计良好的软件架构，想在已有代码的基础上进行开发，
开发代价和维护成本是无法想象的。一个设计良好的软件应该具有可读性和可扩展性，遵循“开闭原则”、“依赖倒置原
则”、“面向接口编程”等。
二、项目介绍
本文将介绍笔者经历的一个项目中的一部分，通过这个实例剖析代码优化的过程。下面简要地介绍该系统的相关部分。
该系统的开发语言为Java，部署在共拥有4核CPU的Linux服务器上，相关部分主要有以下操作：通过某外部系统D提供的
REST API获取信息，从中提取出有效的信息，并通过JDBC 存储到某数据库系统S中，供系统其他部分使用，上述操作的执
行频率为每天一次，一般在午夜当系统空闲时定时执行。为了实现高可用性（High Availability），外部系统D部署在两台服务
器上，因此需要分别从这两台服务器上获取信息并将信息插入数据库中，有效信息的条数达到了上千条，数据库插入操作次数
则为有效信息条数的两倍。
图 1.系统体系结构图
为了快速地实现预期效果，在最初的实现中优先考虑了功能的实现，而未考虑系统性能和代码可读性等。系统大致有以下的实
现：
1. REST API获取信息、数据库操作可能抛出的异常信息都被记录到日志文件中，作为调试用；
2. 共有5次数据库连接操作，包括第一次清空数据库表，针对两个外部系统D各有两次数据库插入操作，这5个连接都是独
立的，用完之后即释放；
3. 所有的数据库插入语句都是使用java.sql.Statement类生成的；
4. 所有的数据库插入语句，都是单条执行的，即生成一条执行一条；
5. 整个过程都是在单个线程中执行的，包括数据库表清空操作，数据库插入操作，释放数据库连接；
6. 数据库插入操作的JDBC代码散布在代码中。虽然这个版本的系统可以正常运行，达到了预期的效果，但是效率很低，
从通过 REST API获取信息，到解析并提取有效信息，再到数据库插入操作，总共耗时100秒左右。而预期的时间应该在
一分钟以内，这显然是不符合要求的。
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