這篇文章主要介紹“Java中性能相關(guān)的設(shè)計模式有哪些”，在日常操作中，相信很多人在Java中性能相關(guān)的設(shè)計模式有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Java中性能相關(guān)的設(shè)計模式有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！
創(chuàng)新互聯(lián)是一家專業(yè)提供宿松企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),專注與成都做網(wǎng)站、成都網(wǎng)站設(shè)計、H5高端網(wǎng)站建設(shè)、小程序制作等業(yè)務(wù)。10年已為宿松眾多企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等服務(wù)。創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)網(wǎng)站建設(shè)公司優(yōu)惠進(jìn)行中。
代碼的結(jié)構(gòu)對應(yīng)用的整體性能，有著重要的影響。結(jié)構(gòu)優(yōu)秀的代碼，可以避免很多潛在的性能問題，在代碼的擴(kuò)展性上也有巨大的作用；結(jié)構(gòu)清晰、層次分明的代碼，也有助于幫你找到系統(tǒng)的瓶頸點(diǎn)，進(jìn)行專項優(yōu)化。
設(shè)計模式就是對常用開發(fā)技巧進(jìn)行的總結(jié)，它使得程序員之間交流問題，有了更專業(yè)、便捷的方式。
事實上，大多數(shù)設(shè)計模式并不能增加程序的性能，它只是代碼的一種組織方式。本文，我們將一一舉例講解和性能相關(guān)的幾個設(shè)計模式，包括代理模式、單例模式、享元模式、原型模式等。
代理模式（Proxy）可以通過一個代理類，來控制對一個對象的訪問。
Java 中實現(xiàn)動態(tài)代理主要有兩種模式：一種是使用 JDK，另外一種是使用 CGLib。 其中，JDK 方式是面向接口的，主要的相關(guān)類是 InvocationHandler 和 Proxy；CGLib 可以代理普通類，主要的相關(guān)類是 MethodInterceptor 和 Enhancer。
這個知識點(diǎn)面試頻率非常高。
重慶分公司
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package cn.wja.proxy.cglibproxy;import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;import java.lang.reflect.Method;public class CglibInterceptor implements MethodInterceptor {
@Override
public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
}}package cn.wja.proxy.cglibproxy;import cn.wja.proxy.jdkproxy.Target;import cn.wja.proxy.jdkproxy.TargetImpl;import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;public class CglibFactory {
public static Target newInstance() {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(TargetImpl.class);
enhancer.setCallback(new CglibInterceptor());
return (Target) enhancer.create();
}
public static void main(String[] args) {
Target target = newInstance();
System.out.println(target.targetMetod(4));
}}package cn.wja.proxy.jdkproxy;public interface Target {
int targetMethod(int i);}package cn.wja.proxy.jdkproxy;public class TargetImpl implements Target {
@Override
public int targetMethod(int i) {
return i * i;
}}package cn.wja.proxy.jdkproxy;import java.lang.reflect.InvocationHandler;import java.lang.reflect.Method;public class JdkInvocationHandler implements InvocationHandler {
private Target target;
public JdkInvocationHandler(Target target) {
this.target = target;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
//before
Object object = method.invoke(target, args);
//after
return object;
}}package cn.wja.proxy.jdkproxy;import java.lang.reflect.Proxy;public class JdkFactory {
public static Target newInstance(Target target) {
Object object = Proxy.newProxyInstance(JdkInvocationHandler.class.getClassLoader(),
new Class[]{Target.class},
new JdkInvocationHandler(target));
return Target.class.cast(object);
}
public static void main(String[] args) {
Target t = new TargetImpl();
Target target = newInstance(t);
System.out.println(target.targetMethod(4));
}}下面是 JDK 方式和 CGLib 方式代理速度的 JMH 測試結(jié)果：
| Benchmark | Mode | Cnt | Score | Error | Units |
|---|---|---|---|---|---|
| ProxyBenchmark.cglib | thrpt | 10 | 78499.580 | ±1771.148 | ops/ms |
| ProxyBenchmark.jdk | thrpt | 10 | 88948.858 | ±814.360 | ops/ms |
我現(xiàn)在用的 JDK 版本是 1.8，可以看到，CGLib 的速度并沒有傳得那么快（有傳言高出10 倍），相比較而言，它的速度甚至略有下降。
我們再來看下代理的創(chuàng)建速度，結(jié)果如下所示?？梢钥吹?，在代理類初始化方面，JDK 的吞吐量要高出 CGLib 一倍。
| Benchmark | Mode | Cnt | Score | Error | Units |
|---|---|---|---|---|---|
| ProxyCreateBenchmark.cglib | thrpt | 10 | 7281.487 | ± 1339.779 | ops/ms |
| ProxyCreateBenchmark.jdk | thrpt | 10 | 15612.467 | ± 268.362 | ops/ms |
Spring 廣泛使用了代理模式，它使用 CGLIB 對 Java 的字節(jié)碼進(jìn)行了增強(qiáng)。在復(fù)雜的項目中，會有非常多的 AOP 代碼，比如權(quán)限、日志等切面。在方便了編碼的同時，AOP 也給不熟悉項目代碼的同學(xué)帶來了很多困擾。
下面我將分析一個使用 arthas 找到動態(tài)代理慢邏輯的具體原因，這種方式在復(fù)雜項目中，非常有效，你不需要熟悉項目的代碼，就可以定位到性能瓶頸點(diǎn)。
首先，我們創(chuàng)建一個最簡單的 Bean。
package cn.wja.spring;import org.springframework.stereotype.Component;@Componentpublic class ABean {
public void method() {
System.out.println("****ABean method*******************");
}}然后，我們使用 Aspect 注解，完成切面的書寫，在前置方法里，我們讓線程 sleep 了 1 秒鐘。
package cn.wja.spring;import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;import org.aspectj.lang.annotation.Before;import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Aspect@Componentpublic class MyAspect {
@Pointcut("execution(* cn.wja.spring.ABean.*(..)))")
public void pointcut() {
}
@Before("pointcut()")
public void before() {
System.out.println("before");
try {
Thread.sleep(TimeUnit.SECONDS.toMillis(1));
} catch (InterruptedException e) {
throw new IllegalStateException();
}
}}創(chuàng)建一個啟動類，當(dāng)訪問 /aop 鏈接時，將會輸出 Bean 的類名稱，以及它的耗時。
package cn.wja.spring;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.boot.SpringApplication;import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;import org.springframework.stereotype.Controller;import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;@SpringBootApplication@EnableAsync@Controllerpublic class App {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(App.class, args);
}
@Autowired
private ABean aBean;
@ResponseBody
@GetMapping("/aop")
public String aop() {
long begin = System.currentTimeMillis();
aBean.method();
long cost = System.currentTimeMillis() - begin;
String cls = aBean.getClass().toString();
return cls + " | " + cost;
}}訪問結(jié)果如下，可以看到 AOP 代理已經(jīng)生效，內(nèi)存里的 Bean 對象，已經(jīng)變成了EnhancerBySpringCGLIB 類型，調(diào)用方法 method，耗時達(dá)到了1005ms。
下面使用 arthas 分析這個執(zhí)行過程，找出耗時最高的 AOP 方法。啟動 arthas 后，可以從列表中看到我們的應(yīng)用程序，在這里，輸入 1 進(jìn)入分析界面。
在終端輸入 trace 命令，然后訪問 /aop 接口，終端將打印出一些 debug 信息，可以發(fā)現(xiàn)耗時操作就是 Spring 的代理類。
trace cn.wja.spring.ABean method
Spring 在創(chuàng)建組件的時候，可以通過 scope 注解指定它的作用域，用來標(biāo)示這是一個prototype（多例）還是 singleton（單例）。
當(dāng)指定為單例時（默認(rèn)行為），在 Spring 容器中，組件有且只有一份，當(dāng)你注入相關(guān)組件的時候，獲取的組件實例也是同一份。
如果是普通的單例類，我們通常將單例的構(gòu)造方法設(shè)置成私有的，單例有懶漢加載和餓漢加載模式。
了解 JVM 類加載機(jī)制的同學(xué)都知道，一個類從加載到初始化，要經(jīng)歷 5 個步驟：加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化。
其中，static 字段和 static 代碼塊，是屬于類的，在類加載的初始化階段就已經(jīng)被執(zhí)行。它在字節(jié)碼中對應(yīng)的是 方法，屬于類的（構(gòu)造方法）。因為類的初始化只有一次，所以它就能夠保證這個加載動作是線程安全的。
根據(jù)以上原理，只要把單例的初始化動作，放在方法里，就能夠?qū)崿F(xiàn)餓漢模式。
private static Singleton instace = new Singleton();
理論上來說，餓漢模式它會造成資源的浪費(fèi)，可能生成一些永遠(yuǎn)不會用到的對象，因此很多教程不建議用。但實際上來說，這存粹是脫褲子放屁，如果你真的永遠(yuǎn)用不到這個對象，你為何要創(chuàng)建這個類，寫一個單例模式？ 我覺得對于普通項目來說，餓漢模式就完全足夠了。
而對象初始化就不一樣了。通常，我們在 new 一個新對象的時候，都會調(diào)用它的構(gòu)造方法，就是，用來初始化對象的屬性。由于在同一時刻，多個線程可以同時調(diào)用函數(shù)，我們就需要使用 synchronized 關(guān)鍵字對生成過程進(jìn)行同步。
package cn.wja.singleton;public class DoubleCheckSingleton {
private volatile static DoubleCheckSingleton instance = null;
private DoubleCheckSingleton() {
}
public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
if (null == instance) {
synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
if (null == instance) {
instance = new DoubleCheckSingleton();
}
}
}
return instance;
}}如上面是 double check 的關(guān)鍵代碼，我們介紹一下四個關(guān)鍵點(diǎn)：
第一次檢查，當(dāng) instance 為 null 的時候，進(jìn)入對象實例化邏輯，否則直接返回。
加同步鎖，這里是類鎖。
第二次檢查才是關(guān)鍵。如果不加這次判空動作，可能會有多個線程進(jìn)入同步代碼塊，進(jìn)而生成多個實例。
最后一個關(guān)鍵點(diǎn)是 volatile 關(guān)鍵字。在一些低版本的 Java 里，由于指令重排的緣故，可能會導(dǎo)致單例被 new 出來后，還沒來得及執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，就被其他線程使用。 這個關(guān)鍵字，可以阻止字節(jié)碼指令的重排序，在寫 double check 代碼時，習(xí)慣性會加上 volatile。
可以看到，double check 的寫法繁雜，注意點(diǎn)很多，它現(xiàn)在其實是一種反模式，已經(jīng)不推薦使用了，我也不推薦你用在自己的代碼里。但它能夠考察面試者對并發(fā)的理解，所以這個問題經(jīng)常被問到。
代碼片段如下：
package cn.wja.singleton;public class EnumSingleton {
private EnumSingleton() {
}
public static EnumSingleton getInstance() {
return Holder.HOLDER.instance;
}
private enum Holder {
HOLDER;
private final EnumSingleton instance;
Holder() {
instance = new EnumSingleton();
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(getInstance());
}}如果要借助spring框架那就更簡單了：
package cn.wja.singleton;import org.springframework.context.annotation.Scope;import org.springframework.stereotype.Component;@Component@Scope("singleton")public class SpringBean {
//具體內(nèi)容}享元模式（Flyweight）專門針對性能優(yōu)化的設(shè)計模式，它通過共享技術(shù)，最大限度地復(fù)用對象。享元模式一般會使用唯一的標(biāo)識碼進(jìn)行判斷，然后返回對應(yīng)的對象，使用 HashMap 一類的集合存儲非常合適。
上面的描述，我們非常熟悉，因為本專欄的之前的博文中，我們就能看到很多享元模式的身影，比如博文 淺談Java中的池化技術(shù) 里的池化對象和博文 如何處理Java中的大對象 里的對象復(fù)用等。
在Java中，我們常見的Integer，為了提升效率，在創(chuàng)建[1,127]范圍內(nèi)的對象時也用了享元模式。通過下面的測試代碼可以驗證。
@Testpublic void myTest() throws Exception{
Integer a=1;
Integer b=1;
System.out.println(a == b ? "a b同一個對象" : "a b不是同一個對象");
Integer c=128;
Integer d=128;
System.out.println(c == d ? "c d同一個對象" : "c d不是同一個對象");}
設(shè)計模式對這我們平常的編碼進(jìn)行了抽象，從不同的角度去解釋設(shè)計模式，都會找到設(shè)計思想的一些共通點(diǎn)。比如，單例模式就是享元模式的一種特殊情況，它通過共享單個實例，達(dá)到對象的復(fù)用。
值得一提的是，同樣的代碼，不同的解釋，會產(chǎn)生不同的效果。比如下面這段代碼：
