Java中的5个代码性能提升技巧，最高提升近10倍

　　这篇文章介绍几个Java开发中可以进行性能优化的小技巧，虽然大多数情况下极致优化代码是没有必要的，但是作为一名技术开发者，我们还是想追求代码的更小、更快，更强。如果哪天你发现程序的运行速度不尽人意，可能会想到这篇文章。
　　提示：我们不应该为了优化而优化，这有时会增加代码的复杂度。
　　这篇文章中的代码都在以下环境中进行性能测试。JMHversion：1。33（Java基准测试框架）VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724
　　通过这篇文章的测试，将发现以下几个操作的性能差异。预先分配HashMap的大小，提高14的性能。优化HashMap的key，性能相差9。5倍。不使用Enum。values（）遍历，Spring也曾如此优化。使用Enum代替String常量，性能高出1。5倍。使用高版本JDK，基础操作有25倍性能差异。
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　　当前文章中的测试使用JMH基准测试，相关文章：使用JMH进行Java代码性能测试。预先分配HashMap的大小
　　HashMap是Java中最为常用的集合之一，大多数的操作速度都非常快，但是HashMap在调整自身的容量大小时是很慢且难以自动优化，因此我们在定义一个HashMap之前，应该尽可能的给出它的容量大小。给出size值时要考虑负载因子，HashMap默认负载因子是0。75，也就是要设置的size值要除于0。75。
　　相关文章：HashMap源码分析解读
　　下面使用JMH进行基准测试，测试分别向初始容量为16和32的HashMap中插入14个元素的效率。authorhttps：www。wdbyte。comState（Scope。Benchmark）Warmup（iterations3，time3）Measurement（iterations5，time3）publicclassHashMapSize｛Param（｛14｝）intkeys；Param（｛16，32｝）intsize；BenchmarkpublicHashMapInteger，IntegergetHashMap（）｛HashMapInteger，IntegermapnewHashMap（size）；for（inti0；ikeys；i）｛map。put（i，i）；｝returnmap；｝｝
　　HashMap的初始容量是16，负责因子0。75，最多插入12个元素，再插入时就要进行扩容，所以插入14个元素过程中需要扩容一次，但是如果HashMap初始化时就给了32容量，那么最多可以承载320。7524个元素，所以插入14个元素时是不需要扩容操作的。JMHversion：1。33VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724Benchmark（keys）（size）ModeCntScoreErrorUnitsHashMapSize。getHashMap1416thrpt254825825。152323910。557opssHashMapSize。getHashMap1432thrpt256556184。664711657。679opss
　　可以看到在这次测试中，初始容量为32的HashMap比初始容量为16的HashMap每秒可以多操作26次，已经有14的性能差异了。优化HashMap的key
　　如果HashMap的key值需要用到多个String字符串时，把字符串作为某个类属性，然后使用这个类的实例作为key会比使用字符串拼接效率更高。
　　下面测试使用两个字符串拼接作为key，和把两个字符串作为MutablePair类的属性引用，然后使用MutablePair对象作为key的运行效率差异。authorhttps：www。wdbyte。comState（Scope。Benchmark）Warmup（iterations3，time3）Measurement（iterations5，time3）publicclassHashMapKey｛privateintsize1024；privateMapString，ObjectstringMap；privateMapPair，ObjectpairMap；privateString〔〕prefixes；privateString〔〕suffixes；Setup（Level。Trial）publicvoidsetup（）｛prefixesnewString〔size〕；suffixesnewString〔size〕；stringMapnewHashMap（）；pairMapnewHashMap（）；for（inti0；isize；i）｛prefixes〔i〕UUID。randomUUID（）。toString（）；suffixes〔i〕UUID。randomUUID（）。toString（）；stringMap。put（prefixes〔i〕；suffixes〔i〕，i）；usenewStringtoavoidreferenceequalityspeedinguptheequalscallspairMap。put（newMutablePair（prefixes〔i〕，suffixes〔i〕），i）；｝｝BenchmarkOperationsPerInvocation（1024）publicvoidstringKey（Blackholebh）｛for（inti0；iprefixes。length；i）｛bh。consume（stringMap。get（prefixes〔i〕；suffixes〔i〕））；｝｝BenchmarkOperationsPerInvocation（1024）publicvoidpairMap（Blackholebh）｛for（inti0；iprefixes。length；i）｛bh。consume（pairMap。get（newMutablePair（prefixes〔i〕，suffixes〔i〕）））；｝｝｝
　　测试结果：JMHversion：1。33VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724BenchmarkModeCntScoreErrorUnitsHashMapKey。pairMapthrpt2589295035。4366498403。173opssHashMapKey。stringKeythrpt259410641。728389850。653opss
　　可以发现使用对象引用作为key的性能，是使用String拼接作为key的性能的9。5倍。不使用Enum。values（）遍历
　　我们通常会使用Enum。values（）进行枚举类遍历，但是这样每次调用都会分配枚举类值数量大小的数组用于操作，这里完全可以缓存起来，以减少每次内存分配的时间和空间消耗。枚举类遍历测试authorhttps：www。wdbyte。comState（Scope。Benchmark）Warmup（iterations3，time3）Measurement（iterations5，time3）BenchmarkMode（Mode。AverageTime）OutputTimeUnit（TimeUnit。MILLISECONDS）publicclassEnumIteration｛enumFourteenEnum｛a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m，n；staticfinalFourteenEnum〔〕VALUES；static｛VALUESvalues（）；｝｝BenchmarkpublicvoidvaluesEnum（Blackholebh）｛for（FourteenEnumvalue：FourteenEnum。values（））｛bh。consume（value。ordinal（））；｝｝BenchmarkpublicvoidenumSetEnum（Blackholebh）｛for（FourteenEnumvalue：EnumSet。allOf（FourteenEnum。class））｛bh。consume（value。ordinal（））；｝｝BenchmarkpublicvoidcacheEnums（Blackholebh）｛for（FourteenEnumvalue：FourteenEnum。VALUES）｛bh。consume（value。ordinal（））；｝｝｝
　　运行结果JMHversion：1。33VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724BenchmarkModeCntScoreErrorUnitsEnumIteration。cacheEnumsthrpt2515623401。5672274962。772opssEnumIteration。enumSetEnumthrpt258597188。662610632。249opssEnumIteration。valuesEnumthrpt2514713941。570728955。826opss
　　很明显使用缓存后的遍历速度是最快的，使用EnumSet遍历效率是最低的，这很好理解，数组的遍历效率是大于哈希表的。
　　可能你会觉得这里使用values（）缓存和直接使用Enum。values（）的效率差异很小，其实在某些调用频率很高的场景下是有很大区别的，在Spring框架中，曾使用Enum。values（）这种方式在每次响应时遍历HTTP状态码枚举类，这在请求量大时造成了不必要的性能开销，后来进行了values（）缓存优化。
　　下面是这次提交的截图：
　　使用Enum代替String常量
　　使用Enum枚举类代替String常量有明显的好处，枚举类强制验证，不会出错，同时使用枚举类的效率也更高。即使作为Map的key值来看，虽然HashMap的速度已经很快了，但是使用EnumMap的速度可以更快。
　　提示：不要为了优化而优化，这会增加代码的复杂度。
　　下面测试使用使用Enum作为key，和使用String作为key，在map。get操作下的性能差异。authorhttps：www。wdbyte。comState（Scope。Benchmark）Warmup（iterations3，time3）Measurement（iterations5，time3）publicclassEnumMapBenchmark｛enumAnEnum｛a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m，n，o，p，q，r，s，t，u，v，w，x，y，z；｝要查找的key的数量privatestaticintsize10000；随机数种子privatestaticintseed99；State（Scope。Benchmark）publicstaticclassEnumMapState｛privateEnumMapmap；privateAnEnum〔〕values；Setup（Level。Trial）publicvoidsetup（）｛mapnewEnumMap（AnEnum。class）；valuesnewAnEnum〔size〕；AnEnum〔〕enumValuesAnEnum。values（）；SplittableRandomrandomnewSplittableRandom（seed）；for（inti0；isize；i）｛intnextIntrandom。nextInt（0，Integer。MAXVALUE）；values〔i〕enumValues〔nextIntenumValues。length〕；｝for（AnEnumvalue：enumValues）｛map。put（value，UUID。randomUUID（）。toString（））；｝｝｝State（Scope。Benchmark）publicstaticclassHashMapState｛privateHashMapString，Stringmap；privateString〔〕values；Setup（Level。Trial）publicvoidsetup（）｛mapnewHashMap（）；valuesnewString〔size〕；AnEnum〔〕enumValuesAnEnum。values（）；intpos0；SplittableRandomrandomnewSplittableRandom（seed）；for（inti0；isize；i）｛intnextIntrandom。nextInt（0，Integer。MAXVALUE）；values〔i〕enumValues〔nextIntenumValues。length〕。toString（）；｝for（AnEnumvalue：enumValues）｛map。put（value。toString（），UUID。randomUUID（）。toString（））；｝｝｝BenchmarkpublicvoidenumMap（EnumMapStatestate，Blackholebh）｛for（AnEnumvalue：state。values）｛bh。consume（state。map。get（value））；｝｝BenchmarkpublicvoidhashMap（HashMapStatestate，Blackholebh）｛for（Stringvalue：state。values）｛bh。consume（state。map。get（value））；｝｝｝
　　运行结果：JMHversion：1。33VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724BenchmarkModeCntScoreErrorUnitsEnumMapBenchmark。enumMapthrpt2522159。2321268。800opssEnumMapBenchmark。hashMapthrpt2514528。5551323。610opss
　　很明显，使用Enum作为key的性能比使用String作为key的性能高出1。5倍。但是仍然要根据实际情况考虑是否使用EnumMap和EnumSet。使用高版本JDK
　　String类应该是Java中使用频率最高的类了，但是Java8中的String实现相比高版本JDK，则占用空间更多，性能更低。
　　下面测试String转bytes和bytes转String在Java8以及Java11中的性能开销。authorhttps：www。wdbyte。comdate20211223State（Scope。Benchmark）Warmup（iterations3，time3）Measurement（iterations5，time3）publicclassStringInJdk｛Param（｛10000｝）privateintsize；privateString〔〕stringArray；privateListbyte〔〕byteList；Setup（Level。Trial）publicvoidsetup（）｛byteListnewArrayList（size）；stringArraynewString〔size〕；for（inti0；isize；i）｛StringuuidUUID。randomUUID（）。toString（）；stringArray〔i〕uuid；byteList。add（uuid。getBytes（StandardCharsets。UTF8））；｝｝BenchmarkpublicvoidbyteToString（Blackholebh）｛for（byte〔〕bytes：byteList）｛bh。consume（newString（bytes，StandardCharsets。UTF8））；｝｝BenchmarkpublicvoidstringToByte（Blackholebh）｛for（Strings：stringArray）｛bh。consume（s。getBytes（StandardCharsets。UTF8））；｝｝｝
　　测试结果：JMHversion：1。33VMversion：JDK1。8。0151，JavaHotSpot（TM）64BitServerVM，25。151b12Benchmark（size）ModeCntScoreErrorUnitsStringInJdk。byteToString10000thrpt252396。713133。500opssStringInJdk。stringToByte10000thrpt251745。06016。945opssJMHversion：1。33VMversion：JDK17，OpenJDK64BitServerVM，17352724Benchmark（size）ModeCntScoreErrorUnitsStringInJdk。byteToString10000thrpt255711。95441。865opssStringInJdk。stringToByte10000thrpt258595。895704。004opss
　　可以看到在bytes转String操作上，Java17的性能是Java8的2。5倍左右，而String转bytes操作，Java17的性能是Java8的5倍。关于字符串的操作非常基础，随处可见，可见高版本的优势十分明显。