站長(zhǎng)資訊網(wǎng)本篇文章給大家?guī)?lái)了關(guān)于java的相關(guān)知識(shí)，其中主要介紹了關(guān)于與性能相關(guān)的設(shè)計(jì)模式，大多數(shù)設(shè)計(jì)模式只是代碼的一種組織方式，只有部分設(shè)計(jì)模式與性能相關(guān)，包括代理模式、單例模式、享元模式、原型模式等，下面一起來(lái)看一下，希望對(duì)大家有幫助。
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代碼的結(jié)構(gòu)對(duì)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(wèn)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(xiàng)優(yōu)化。
設(shè)計(jì)模式就是對(duì)常用開(kāi)發(fā)技巧進(jìn)行的總結(jié)，它使得程序員之間交流問(wèn)題，有了更專業(yè)、便捷的方式。
事實(shí)上，大多數(shù)設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)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
代理模式（Proxy）可以通過(guò)一個(gè)代理類，來(lái)控制對(duì)一個(gè)對(duì)象的訪問(wèn)。
Java 中實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(gè)知識(shí)點(diǎn)面試頻率非常高。
CGLib
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)); }}
JDK
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(cè)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(méi)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?cè)賮?lái)看下代理的創(chuàng)建速度，結(jié)果如下所示。可以看到，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動(dòng)態(tài)代理
Spring 廣泛使用了代理模式，它使用 CGLIB 對(duì) Java 的字節(jié)碼進(jìn)行了增強(qiáng)。在復(fù)雜的項(xiàng)目中，會(huì)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(shí)，AOP 也給不熟悉項(xiàng)目代碼的同學(xué)帶來(lái)了很多困擾。
下面我將分析一個(gè)使用 arthas 找到動(dòng)態(tài)代理慢邏輯的具體原因，這種方式在復(fù)雜項(xiàng)目中，非常有效，你不需要熟悉項(xiàng)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(gè)最簡(jiǎn)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(gè)啟動(dòng)類，當(dāng)訪問(wèn) /aop 鏈接時(shí)，將會(huì)輸出 Bean 的類名稱，以及它的耗時(shí)。
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(wèn)結(jié)果如下，可以看到 AOP 代理已經(jīng)生效，內(nèi)存里的 Bean 對(duì)象，已經(jīng)變成了EnhancerBySpringCGLIB 類型，調(diào)用方法 method，耗時(shí)達(dá)到了1005ms。
下面使用 arthas 分析這個(gè)執(zhí)行過(guò)程，找出耗時(shí)最高的 AOP 方法。啟動(dòng) 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(wèn) /aop 接口，終端將打印出一些 debug 信息，可以發(fā)現(xiàn)耗時(shí)操作就是 Spring 的代理類。
trace cn.wja.spring.ABean method
單例模式
Spring 在創(chuàng)建組件的時(shí)候，可以通過(guò) scope 注解指定它的作用域，用來(lái)標(biāo)示這是一個(gè)prototype（多例）還是 singleton（單例）。
當(dāng)指定為單例時(shí)（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(shí)候，獲取的組件實(shí)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。
餓漢模式
了解 JVM 類加載機(jī)制的同學(xué)都知道，一個(gè)類從加載到初始化，要經(jīng)歷 5 個(gè)步驟：加載、驗(yàn)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(duì)應(yīng)的是 方法，屬于類的（構(gòu)造方法）。因?yàn)轭惖某跏蓟挥幸淮危运湍軌虮ＷC這個(gè)加載動(dòng)作是線程安全的。
根據(jù)以上原理，只要把單例的初始化動(dòng)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(lái)說(shuō)，餓漢模式它會(huì)造成資源的浪費(fèi)，可能生成一些永遠(yuǎn)不會(huì)用到的對(duì)象，因此很多教程不建議用。但實(shí)際上來(lái)說(shuō)，這存粹是脫褲子放屁，如果你真的永遠(yuǎn)用不到這個(gè)對(duì)象，你為何要?jiǎng)?chuàng)建這個(gè)類，寫一個(gè)單例模式？ 我覺(jué)得對(duì)于普通項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，餓漢模式就完全足夠了。
飽漢模式
而對(duì)象初始化就不一樣了。通常，我們?cè)?new 一個(gè)新對(duì)象的時(shí)候，都會(huì)調(diào)用它的構(gòu)造方法，就是，用來(lái)初始化對(duì)象的屬性。由于在同一時(shí)刻，多個(gè)線程可以同時(shí)調(diào)用函數(shù)，我們就需要使用 synchronized 關(guān)鍵字對(duì)生成過(guò)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
- 第一次檢查，當(dāng) instance 為 null 的時(shí)候，進(jìn)入對(duì)象實(shí)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(dòng)作，可能會(huì)有多個(gè)線程進(jìn)入同步代碼塊，進(jìn)而生成多個(gè)實(shí)例。
- 最后一個(gè)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(huì)導(dǎo)致單例被 new 出來(lái)后，還沒(méi)來(lái)得及執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，就被其他線程使用。 這個(gè)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(shí)，習(xí)慣性會(huì)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(shí)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(duì)并發(fā)的理解，所以這個(gè)問(wèn)題經(jīng)常被問(wèn)到。
推薦使用 enum 實(shí)現(xiàn)懶加載的單例，《Effective Java》這本書也同樣推薦了該方式。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(jiǎn)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
享元模式（Flyweight）專門針對(duì)性能優(yōu)化的設(shè)計(jì)模式，它通過(guò)共享技術(shù)，最大限度地復(fù)用對(duì)象。享元模式一般會(huì)使用唯一的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行判斷，然后返回對(duì)應(yīng)的對(duì)象，使用 HashMap 一類的集合存儲(chǔ)非常合適。
上面的描述，我們非常熟悉，因?yàn)楸緦诘闹暗牟┪闹校覀兙湍芸吹胶芏嘞碓Ｊ降纳碛埃热绮┪?淺談Java中的池化技術(shù) 里的池化對(duì)象和博文 如何處理Java中的大對(duì)象 里的對(duì)象復(fù)用等。
案例：Integer
在Java中，我們常見(jiàn)的Integer，為了提升效率，在創(chuàng)建[1,127]范圍內(nèi)的對(duì)象時(shí)也用了享元模式。通過(guò)下面的測(cè)試代碼可以驗(yàn)證。
@Testpublic void myTest() throws Exception{ Integer a=1; Integer b=1; System.out.println(a == b ? "a b同一個(gè)對(duì)象" : "a b不是同一個(gè)對(duì)象"); Integer c=128; Integer d=128; System.out.println(c == d ? "c d同一個(gè)對(duì)象" : "c d不是同一個(gè)對(duì)象");}
多視角看問(wèn)題
設(shè)計(jì)模式對(duì)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(jì)模式，都會(huì)找到設(shè)計(jì)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(guò)共享單個(gè)實(shí)例，達(dá)到對(duì)象的復(fù)用。
值得一提的是，同樣的代碼，不同的解釋，會(huì)產(chǎn)生不同的效果。比如下面這段代碼：
Map<String,Strategy> strategys = new HashMap<>(); strategys.put("a",new AStrategy()); strategys.put("b",new BStrategy());
如果我們從對(duì)象復(fù)用的角度來(lái)說(shuō)，它就是享元模式；如果我們從對(duì)象的功能角度來(lái)說(shuō)，那它就是策略模式。所以大家在討論設(shè)計(jì)模式的時(shí)候，一定要注意上下文語(yǔ)境的這些差別。
原型模式
原型模式（Prototype）比較類似于復(fù)制粘貼的思想，它可以首先創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，然后通過(guò)這個(gè)實(shí)例進(jìn)行新對(duì)象的創(chuàng)建。在 Java 中，最典型的就是 Object 類的 clone 方法。
但編碼中這個(gè)方法很少用，我們上面在代理模式提到的 prototype，并不是通過(guò) clone 實(shí)現(xiàn)的，而是使用了更復(fù)雜的反射技術(shù)。
一個(gè)比較重要的原因就是 clone 如果只拷貝當(dāng)前層次的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)的只是淺拷貝。在現(xiàn)實(shí)情況下，對(duì)象往往會(huì)非常復(fù)雜，想要實(shí)現(xiàn)深拷貝的話，需要在 clone 方法里做大量的編碼，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如調(diào)用 new 方法方便。
實(shí)現(xiàn)深拷貝，還有序列化等手段，比如實(shí)現(xiàn) Serializable 接口，或者把對(duì)象轉(zhuǎn)化成 JSON。
所以，在現(xiàn)實(shí)情況下，原型模式變成了一種思想，而不是加快對(duì)象創(chuàng)建速度的工具。
推薦學(xué)習(xí)：《java視頻教程》
