Java工程师该如何编写高效代码？
常意 [阿里技术]
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阿里妹导读：世界上只有两种物质：高效率和低效率；世界上只有两种人：高效率的人和低效率的人。——萧伯纳
同理，世界上只有两种代码：高效代码和低效代码；世界上只有两种人：编写高效代码的人和编写低效代码的人。如何编写高效代码，是每个研发团队都面临的一个重大问题。本文作者根据实际经验，查阅了大量资料，总结了"Java高效代码50例"，让每一个Java程序员都能编写出"高效代码"。
1.常量&变量
1.1.直接赋值常量值，禁止声明新对象
直接赋值常量值，只是创建了一个对象引用，而这个对象引用指向常量值。反例：
Long i = new Long(1L);
正例：
Long i = 1L;
1.2.当成员变量值无需改变时，尽量定义为静态常量
在类的每个对象实例中，每个成员变量都有一份副本，而成员静态常量只有一份实例。反例：
public class HttpConnection {
正例：
public class HttpConnection {
1.3.尽量使用基本数据类型，避免自动装箱和拆箱
Java 中的基本数据类型double、float、long、int、short、char、boolean，分别对应包装类Double、Float、Long、Integer、Short、Character、Boolean。JVM支持基本类型与对应包装类的自动转换，被称为自动装箱和拆箱。装箱和拆箱都是需要CPU和内存资源的，所以应尽量避免使用自动装箱和拆箱。反例：
Integer sum = 0;
正例：
int sum = 0;
1.4.如果变量的初值会被覆盖，就没有必要给变量赋初值
反例：
List<UserDO> userList = new ArrayList<>();
正例：
List<UserDO> userList;
1.5.尽量使用函数内的基本类型临时变量
在函数内，基本类型的参数和临时变量都保存在栈（Stack）中，访问速度较快；对象类型的参数和临时变量的引用都保存在栈（Stack）中，内容都保存在堆（Heap）中，访问速度较慢。在类中，任何类型的成员变量都保存在堆（Heap）中，访问速度较慢。反例：
public final class Accumulator {
正例：
public final class Accumulator {
1.6.尽量不要在循环体外定义变量
在老版JDK中，建议“尽量不要在循环体内定义变量”，但是在新版的JDK中已经做了优化。通过对编译后的字节码分析，变量定义在循环体外和循环体内没有本质的区别，运行效率基本上是一样的。反而，根据“ 局部变量作用域最小化 ”原则，变量定义在循环体内更科学更便于维护，避免了延长大对象生命周期导致延缓回收问题 。反例：
UserVO userVO;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
1.7.不可变的静态常量，尽量使用非线程安全类
不可变的静态常量，虽然需要支持多线程访问，也可以使用非线程安全类。反例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
正例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
1.8.不可变的成员变量，尽量使用非线程安全类
不可变的成员变量，虽然需要支持多线程访问，也可以使用非线程安全类。反例：
@Service
正例：
@Service
2****.对象&类
2.1.禁止使用JSON转化对象
JSON提供把对象转化为JSON字符串、把JSON字符串转为对象的功能，于是被某些人用来转化对象。这种对象转化方式，虽然在功能上没有问题，但是在性能上却存在问题。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
2.2.尽量不使用反射赋值对象
用反射赋值对象，主要优点是节省了代码量，主要缺点却是性能有所下降。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
2.3.采用Lambda表达式替换内部匿名类
对于大多数刚接触JDK8的同学来说，都会认为Lambda表达式就是匿名内部类的语法糖。实际上， Lambda表达式在大多数虚拟机中采用invokeDynamic指令实现，相对于匿名内部类在效率上会更高一些。反例：
List<User> userList = ...;
正例：
List<User> userList = ...;
2.4.尽量避免定义不必要的子类
多一个类就需要多一份类加载，所以尽量避免定义不必要的子类。反例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP =
正例：
public static final Map<String, Class> CLASS_MAP;
2.5.尽量指定类的final修饰符
为类指定final修饰符，可以让该类不可以被继承。如果指定了一个类为final，则该类所有的方法都是final的，Java编译器会寻找机会内联所有的final方法。内联对于提升Java运行效率作用重大，具体可参见Java运行期优化，能够使性能平均提高50%。反例：
public class DateHelper {
正例：
public final class DateHelper {
注意：使用Spring的AOP特性时，需要对Bean进行动态代理，如果Bean类添加了final修饰，会导致异常。
3.方法
3.1.把跟类成员变量无关的方法声明成静态方法
静态方法的好处就是不用生成类的实例就可以直接调用。静态方法不再属于某个对象，而是属于它所在的类。只需要通过其类名就可以访问，不需要再消耗资源去反复创建对象。即便在类内部的私有方法，如果没有使用到类成员变量，也应该声明为静态方法。反例：
public int getMonth(Date date) {
正例：
public static int getMonth(Date date) {
3.2.尽量使用基本数据类型作为方法参数类型，避免不必要的装箱、拆箱和空指针判断
反例：
public static double sum(Double value1, Double value2) {
正例：
public static double sum(double value1, double value2) {
3.3.尽量使用基本数据类型作为方法返回值类型，避免不必要的装箱、拆箱和空指针判断
在JDK类库的方法中，很多方法返回值都采用了基本数据类型，首先是为了避免不必要的装箱和拆箱，其次是为了避免返回值的空指针判断。比如：Collection.isEmpty()和Map.size()。反例：
public static Boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
3.4.协议方法参数值非空，避免不必要的空指针判断
协议编程，可以@NonNull和@Nullable标注参数，是否遵循全凭调用者自觉。反例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(@NonNull UserDO user) {
3.5.协议方法返回值非空，避免不必要的空指针判断
协议编程，可以@NonNull和@Nullable标注参数，是否遵循全凭实现者自觉。反例：
// 定义接口
正例：
// 定义接口
3.6.被调用方法已支持判空处理，调用方法无需再进行判空处理
反例：
UserDO user = null;
正例：
UserDO user = JSON.parseObject(value, UserDO.class);
3.7.尽量避免不必要的函数封装
方法调用会引起入栈和出栈，导致消耗更多的CPU和内存，应当尽量避免不必要的函数封装。当然，为了使代码更简洁、更清晰、更易维护，增加一定的方法调用所带来的性能损耗是值得的。反例：
// 函数封装
正例：
boolean isVip = Boolean.TRUE.equals(user.getVip());
3.8.尽量指定方法的final修饰符
方法指定final修饰符，可以让方法不可以被重写，Java编译器会寻找机会内联所有的final方法。内联对于提升Java运行效率作用重大，具体可参见Java运行期优化，能够使性能平均提高50%。注意：所有的private方法会隐式地被指定final修饰符，所以无须再为其指定final修饰符。反例：
public class Rectangle {
正例：
public class Rectangle {
注意：使用Spring的AOP特性时，需要对Bean进行动态代理，如果方法添加了final修饰，将不会被代理。
4.表达式
4.1.尽量减少方法的重复调用
反例：
List<UserDO> userList = ...;
正例：
List<UserDO> userList = ...;
4.2.尽量避免不必要的方法调用
反例：
List<UserDO> userList = userDAO.queryActive();
正例：
List<UserDO> userList;
4.3.尽量使用移位来代替正整数乘除
用移位操作可以极大地提高性能。对于乘除2^n(n为正整数)的正整数计算，可以用移位操作来代替。反例：
int num1 = a * 4;
正例：
int num1 = a << 2;
4.4.提取公共表达式，避免重复计算
提取公共表达式，只计算一次值，然后重复利用值。反例：
double distance = Math.sqrt((x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1));
正例：
double dx = x2 - x1;
4.5.尽量不在条件表达式中用!取反
使用!取反会多一次计算，如果没有必要则优化掉。反例：
if (!(a >= 10)) {
正例：
if (a < 10) {
4.6.对于多常量选择分支，尽量使用switch语句而不是if-else语句
if-else语句，每个if条件语句都要加装计算，直到if条件语句为true为止。switch语句进行了跳转优化，Java中采用tableswitch或lookupswitch指令实现，对于多常量选择分支处理效率更高。经过试验证明：在每个分支出现概率相同的情况下，低于5个分支时if-else语句效率更高，高于5个分支时switch语句效率更高。反例：
if (i == 1) {
正例：
switch (i) {
备注：如果业务复杂，可以采用Map实现策略模式。
5.字符串
5.1.尽量不要使用正则表达式匹配
正则表达式匹配效率较低，尽量使用字符串匹配操作。反例：
String source = "a::1,b::2,c::3,d::4";
正例：
String source = "a::1,b::2,c::3,d::4";
5.2.尽量使用字符替换字符串
字符串的长度不确定，而字符的长度固定为1，查找和匹配的效率自然提高了。反例：
String source = "a:1,b:2,c:3,d:4";
正例：
String source = "a:1,b:2,c:3,d:4";
5.3.尽量使用StringBuilder进行字符串拼接
String是final类，内容不可修改，所以每次字符串拼接都会生成一个新对象。StringBuilder在初始化时申请了一块内存，以后的字符串拼接都在这块内存中执行，不会申请新内存和生成新对象。反例：
String s = "";
正****例：
StringBuilder sb = new StringBuilder(128);
5.4.不要使用""+转化字符串
使用""+进行字符串转化，使用方便但是效率低，建议使用String.valueOf.反例：
int i = 12345;
正例：
int i = 12345;
6.数组
6.1.不要使用循环拷贝数组，尽量使用System.arraycopy拷贝数组
推荐使用System.arraycopy拷贝数组，也可以使用Arrays.copyOf拷贝数组。反例：
int[] sources = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
正例：
int[] sources = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};
6.2.集合转化为类型T数组时，尽量传入空数组T[0]
将集合转换为数组有2种形式：toArray(new T[n])和toArray(new T[0])。在旧的Java版本中，建议使用toArray(new T[n])，因为创建数组时所需的反射调用非常慢。在OpenJDK6后，反射调用是内在的，使得性能得以提高，toArray(new T[0])比toArray(new T[n])效率更高。此外，toArray(new T[n])比toArray(new T[0])多获取一次列表大小，如果计算列表大小耗时过长，也会导致toArray(new T[n])效率降低。反例：
List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, ...);
正例：
List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, ...);
建议：集合应该提供一个toArray(Class<T> clazz)方法，避免无用的空数组初始化（new T[0]）。
6.3.集合转化为Object数组时，尽量使用toArray()方法
转化Object数组时，没有必要使用toArray[new Object[0]]，可以直接使用toArray()。避免了类型的判断，也避免了空数组的申请，所以效率会更高。反例：
List<Object> objectList = Arrays.asList(1, "2", 3, "4", 5, ...);
正例：
List<Object> objectList = Arrays.asList(1, "2", 3, "4", 5, ...);
7.集合
7.1.初始化集合时，尽量指定集合大小
Java集合初始化时都会指定一个默认大小，当默认大小不再满足数据需求时就会扩容，每次扩容的时间复杂度有可能是O(n)。所以，尽量指定预知的集合大小，就能避免或减少集合的扩容次数。反例：
List<UserDO> userDOList = ...;
正例：
List<UserDO> userDOList = ...;
7.2.不要使用循环拷贝集合，尽量使用JDK提供的方法拷贝集合
JDK提供的方法可以一步指定集合的容量，避免多次扩容浪费时间和空间。同时，这些方法的底层也是调用System.arraycopy方法实现，进行数据的批量拷贝效率更高。反例：
List<UserDO> user1List = ...;
正例：
List<UserDO> user1List = ...;
7.3.尽量使用Arrays.asList转化数组为列表
原理与"不要使用循环拷贝集合，尽量使用JDK提供的方法拷贝集合"类似。反例：
List<String> typeList = new ArrayList<>(8);
正例：
List<String> typeList = Arrays.asList("Short", "Integer", "Long");
7.4.直接迭代需要使用的集合
直接迭代需要使用的集合，无需通过其它操作获取数据。反例：
Map<Long, UserDO> userMap = ...;
正例：
Map<Long, UserDO> userMap = ...;
7.5.不要使用size方法检测空，必须使用isEmpty方法检测空
使用size方法来检测空逻辑上没有问题，但使用isEmpty方法使得代码更易读，并且可以获得更好的性能。任何isEmpty方法实现的时间复杂度都是O(1)，但是某些size方法实现的时间复杂度有可能是O(n)。反例：
List<UserDO> userList = ...;
正例：
List<UserDO> userList = ...;
7.6.非随机访问的List，尽量使用迭代代替随机访问
对于列表，可分为随机访问和非随机访问两类，可以用是否实现RandomAccess接口判断。随机访问列表，直接通过get获取数据不影响效率。而非随机访问列表，通过get获取数据效率极低。反例：
LinkedList<UserDO> userDOList = ...;
正例：
LinkedList<UserDO> userDOList = ...;
其实，不管列表支不支持随机访问，都应该使用迭代进行遍历。
7.7.尽量使用HashSet判断值存在
在Java集合类库中，List的contains方法普遍时间复杂度是O(n)，而HashSet的时间复杂度为O(1)。如果需要频繁调用contains方法查找数据，可以先将List转换成HashSet。反例：
List<Long> adminIdList = ...;
正例：
Set<Long> adminIdSet = ...;
7.8.避免先判断存在再进行获取
如果需要先判断存在再进行获取，可以直接获取并判断空，从而避免了二次查找操作。反例：
public static UserVO transUser(UserDO user, Map<Long, RoleDO> roleMap) {
正例：
public static UserVO transUser(UserDO user, Map<Long, RoleDO> roleMap) {
8.异常
8.1.直接捕获对应的异常
直接捕获对应的异常，避免用instanceof判断，效率更高代码更简洁。反例：
try {
正例：
try {
8.2.尽量避免在循环中捕获异常
当循环体抛出异常后，无需循环继续执行时，没有必要在循环体中捕获异常。因为，过多的捕获异常会降低程序执行效率。反例：
public Double sum(List<String> valueList) {
正例：
public Double sum(List<String> valueList) {
8.3.禁止使用异常控制业务流程
相对于条件表达式，异常的处理效率更低。反例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
正例：
public static boolean isValid(UserDO user) {
9.缓冲区
9.1.初始化时尽量指定缓冲区大小
初始化时，指定缓冲区的预期容量大小，避免多次扩容浪费时间和空间。反例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
正例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer(1024);
9.2.尽量重复使用同一缓冲区
针对缓冲区，Java虚拟机需要花时间生成对象，还要花时间进行垃圾回收处理。所以，尽量重复利用缓冲区。反例：
StringBuilder builder1 = new StringBuilder(128);
正例：
StringBuilder builder = new StringBuilder(128);
其中，使用setLength方法让缓冲区重新从0开始。
9.3.尽量设计使用同一缓冲区
为了提高程序运行效率，在设计上尽量使用同一缓冲区。反例：
// 转化XML(UserDO)
正例：
// 转化XML(UserDO)
去掉每个转化方法中的缓冲区申请，申请一个缓冲区给每个转化方法使用。从时间上来说，节约了大量缓冲区的申请释放时间；从空间上来说，节约了大量缓冲区的临时存储空间。
9.4.尽量使用缓冲流减少IO操作
使用缓冲流BufferedReader、BufferedWriter、BufferedInputStream、BufferedOutputStream等，可以大幅较少IO次数并提升IO速度。反例：
try (FileInputStream input = new FileInputStream("a");
正例：
try (BufferedInputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream("a"));
其中，可以根据实际情况手动指定缓冲流的大小，把缓冲流的缓冲作用发挥到最大。
10.线程
10.1.在单线程中，尽量使用非线程安全类
使用非线程安全类，避免了不必要的同步开销。反例：
StringBuffer buffer = new StringBuffer(128);
正例：
StringBuilder buffer = new StringBuilder(128);
10.2.在多线程中，尽量使用线程安全类
使用线程安全类，比自己实现的同步代码更简洁更高效。反例：
private volatile int counter = 0;
正例：
private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
10.3.尽量减少同步代码块范围
在一个方法中，可能只有一小部分的逻辑是需要同步控制的，如果同步控制了整个方法会影响执行效率。所以，尽量减少同步代码块的范围，只对需要进行同步的代码进行同步。反例：
private volatile int counter = 0;
正例：
private volatile int counter = 0;
10.4.尽量合并为同一同步代码块
同步代码块是有性能开销的，如果确定可以合并为同一同步代码块，就应该尽量合并为同一同步代码块。反例：
// 处理单一订单
正例：
// 处理单一订单
10.5.尽量使用线程池减少线程开销
多线程中两个必要的开销：线程的创建和上下文切换。采用线程池，可以尽量地避免这些开销。反例：
public void executeTask(Runnable runnable) {
正例：
private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE = Executors.newFixedThreadPool(10);
后记
作为一名长期奋战在业务一线的"IT民工"，没有机会去研究什么高深莫测的"理论"，只能专注于眼前看得见摸得着的"技术"，致力于做到"干一行、爱一行、专一行、精一行"。
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