JAVA代码的调优思路

文中代码引用极客时间：《Java性能调优实战》-刘超 版权侵删
一、String的使用
1.1 了解一下String的原理
JDK1.6：char[]、offset、hash、count
JDK7/8：char[]、offset
JDK9：byte[]、coder、offset

1.2 字符串对象优化
1.2.1构建大对象时，尽量用StringBuilder对象
1.2.2intern()的使用，str.intern()的一次调用，将查看字符串常量区有没有str的字符串，如果有就直接获得该常量区的引用，如果没有就将字符串放到字符串常量区。

String str1= "abc";
String str2= new String("abc");
String str3= str2.intern(); #将str3的引用指向字符串数据的地址，该地址在常量区
assertSame(str1==str2);#false
assertSame(str2==str3);#false
assertSame(str1==str3);#true

字符串常量区的实现是一个类似于HashTable的实现，当数据量比较大的时候，ygc耗时会越来越长。

二、正则表达式
2.1介绍
java对正则表达式公式进行语法分析，建立一个语法分析树，根据该语法树结合正则表达式引擎生成执行程序，用于匹配字符串。
正则表达式引擎实现有两种方式：DFA（Deterministic Final Automaton确定有限状态自动机）和NFA(None deterministic Final Automaton非确定性有状态自动机)。性能上DFA比NFA的时间复杂度小，但是NFA的功能性比较强，可支持group等功能。

2.2NFA的自动回溯
NFA的贪婪模式（使用了+、？、*、{min,max}，正则表达式会尽可能的匹配多的字符串）会出现回溯，大量的回溯会长期占用CPU，从而带来性能开销。
举例来说

String str = "abbc";
String regx = "ab{1,3}c"

匹配过程如下：
1）、拿正则表达式的第一个匹配符“a”和str匹配，发现a和str的第一个字符串匹配，进行接下来的匹配；
2）、拿正则表达式的第二个匹配符“b{1,3}”和str匹配，发现str的第一个b匹配，第二b匹配；
3）、拿str的c和“b{1,3}”匹配时，发现不匹配；
4）、拿str的c和正则表达式的c匹配，发现匹配；结束。

以上步骤中3和4过程str的c字符两次被用来做对比，此处发生回溯。

2.3避免自动回溯
2.3.1懒惰模式在（+、？、*、{min,max}）这些字符串后加?，可以减小回溯范围，举例说明：

String str = "abbc";
String regx = "ab{1,3}?c";

匹配过程如下：
1）、拿正则表达式的第一个匹配符“a”和str匹配，发现a和str的第一个字符串匹配，进行接下来的匹配；
2）、拿正则表达式的第二个匹配符“b{1,3}”和str的第一个“b”匹配，发现匹配到字符；
3）、拿正则表达式的第三个匹配符“c”和str的第二个“b”匹配，发现不匹配；
4）、（也是回溯）拿正则表达式的第二个匹配符“b{1,3}”和str的第二个“b”匹配；
5）、拿正则表达式的第三个匹配符“c”和str的“c”匹配，发现匹配，匹配结束。

2.3.2独占模式
同贪婪模式一样，独占模式一样会最大限度地匹配更多内容；不同的是，在独占模式下，匹配失败就会结束匹配，不会发生回溯问题。

String text=“abbc”
String regex=“ab{1,3}+bc”

2.3正则表达式的优化
2.3.1. 少用贪婪模式，多用独占模式
2.3.2减少分支选择
分支选择类型“(X|Y|Z)”的正则表达式会降低性能，我们在开发的时候要尽量减少使用。如果一定要用，我们可以通过以下几种方式来优化：
1.我们需要考虑选择的顺序，将比较常用的选择项放在前面，使它们可以较快地被匹配；
2.将“(abcd|abef)”替换为“ab(cd|ef)”;
3.如果是简单的分支选择类型，我们可以用三次 index 代替“(X|Y|Z)”，如果测试的话，你就会发现三次 index 的效率要比“(X|Y|Z)”高出一些
2.3.3 减少捕获嵌套

public static void main( String[] args )
{
  String text = "<input high=\"20\" weight=\"70\">test</input>";
  String reg="(?:<input.*?>)(.*?)(?:</input>)"; #使用“(?:X)”代替“(X)”
  Pattern p = Pattern.compile(reg);
  Matcher m = p.matcher(text);
  while(m.find()) {
    System.out.println(m.group(0));//整个匹配到的内容
    System.out.println(m.group(1));//(.*?)
  }
}

三、ArrayListOrLinkedList
3.1 ArrayList
Q1：transient 关键字修饰该字段则表示该属性不会被序列化，但 ArrayList 其实是实现了序列化接口，这到底是怎么回事呢？
A1：ArrayList是基于数组，动态扩展的，不是每个被分配的空间都存储了数据，如果采用了外部序列的方式会序列化整个数组，包括没有存储数据的空间。因此需要用transient关键字修饰这个数组；

3.2性能对比（https://github.com/nickliuchao/collection）
3.2.1ArrayList 和 LinkedList 新增元素操作测试：
从集合头部位置新增元素
从集合中间位置新增元素
从集合尾部位置新增元素

测试结果 (花费时间)：
ArrayList>LinkedList
ArrayList<LinkedList
ArrayList<LinkedList

3.2.2ArrayList 和 LinkedList 删除元素操作测试
从集合头部位置删除元素
从集合中间位置删除元素
从集合尾部位置删除元素

测试结果 (花费时间)：
ArrayList>LinkedList
ArrayList<LinkedList
ArrayList<LinkedList

3.2.3
for(;;) 循环
迭代器迭代循环

测试结果 (花费时间)：
ArrayList<LinkedList
ArrayList≈LinkedList