Java 程序优化:字符串操作、基本运算方法等优化策略

字符串操作优化

字符串对象

字符串对象或者其等价对象 (如 char 数组),在内存中总是占据最大的空间块,因此如何高效地处理字符串,是提高系统整体性能的关键。

String 对象可以认为是 char 数组的延伸和进一步封装,它主要由 3 部分组成:char 数组、偏移量和 String 的长度。char 数组表示 String 的内容,它是 String 对象所表示字符串的超集。String 的真实内容还需要由偏移量和长度在这个 char 数组中进行定位和截取。

String 有 3 个基本特点:

1. 不变性;

2. 针对常量池的优化;

3. 类的 final 定义。

不变性指的是 String 对象一旦生成,则不能再对它进行改变。String 的这个特性可以泛化成不变 (immutable) 模式,即一个对象的状态在对象被创建之后就不再发生变化。不变模式的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享,并且访问频繁时,可以省略同步和锁等待的时间,从而大幅提高系统性能。

针对常量池的优化指的是当两个 String 对象拥有相同的值时,它们只引用常量池中的同一个拷贝,当同一个字符串反复出现时,这个技术可以大幅度节省内存空间。

SubString 使用技巧

String 的 substring 方法源码在最后一行新建了一个 String 对象,new String(offset+beginIndex,endIndex-beginIndex,value);该行代码的目的是为了能高效且快速地共享 String 内的 char 数组对象。但在这种通过偏移量来截取字符串的方法中,String 的原生内容 value 数组被复制到新的子字符串中。设想,如果原始字符串很大,截取的字符长度却很短,那么截取的子字符串中包含了原生字符串的所有内容,并占据了相应的内存空间,而仅仅通过偏移量和长度来决定自己的实际取值。这种算法提高了速度却浪费了空间。

下面代码演示了使用 substring 方法在一个很大的 string 独享里面截取一段很小的字符串,如果采用 string 的 substring 方法会造成内存溢出,如果采用反复创建新的 string 方法可以确保正常运行。

布尔运算代替位运算

虽然位运算的速度远远高于算术运算,但是在条件判断时,使用位运算替代布尔运算确实是非常错误的选择。在条件判断时,Java 会对布尔运算做相当充分的优化。假设有表达式 a、b、c 进行布尔运算“a&&b&&c”,根据逻辑与的特点,只要在整个布尔表达式中有一项返回 false,整个表达式就返回 false,因此,当表达式 a 为 false 时,该表达式将立即返回 false,而不会再去计算表达式 b 和 c。若此时,表达式 a、b、c 需要消耗大量的系统资源,这种处理方式可以节省这些计算资源。同理,当计算表达式“a||b||c”时,只要 a、b 或 c,3 个表达式其中任意一个计算结果为 true 时,整体表达式立即返回 true,而不去计算剩余表达式。简单地说,在布尔表达式的计算中,只要表达式的值可以确定,就会立即返回,而跳过剩余子表达式的计算。若使用位运算 (按位与、按位或) 代替逻辑与和逻辑或,虽然位运算本身没有性能问题,但是位运算总是要将所有的子表达式全部计算完成后,再给出最终结果。因此,从这个角度看,使用位运算替代布尔运算会使系统进行很多无效计算。

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