“先做完它,再逐步完善。幸好需要改进的地方通常不会太多。”
本附录的宗旨就是指导大家寻找和优化“需要完善的那一部分”。
D.1 基本方法
只有正确和完整地检测了程序后,再可着手解决性能方面的问题:
(1) 在现实环境中检测程序的性能。若符合要求,则目标达到。若不符合,则转到下一步。
(2) 寻找最致命的性能瓶颈。这也许要求一定的技巧,但所有努力都不会白费。如简单地猜测瓶颈所在,并试图进行优化,那么可能是白花时间。
(3) 运用本附录介绍的提速技术,然后返回步骤1。
为使努力不至白费,瓶颈的定位是至关重要的一环。Donald Knuth[9]曾改进过一个程序,那个程序把50%的时间都花在约4%的代码量上。在仅一个工作小时里,他修改了几行代码,使程序的执行速度倍增。此时,若将时间继续投入到剩余代码的修改上,那么只会得不偿失。Knuth在编程界有一句名言:“过早的优化是一切麻烦的根源”(Premature optimization is the root of all evil)。最明智的做法是抑制过早优化的冲动,因为那样做可能遗漏多种有用的编程技术,造成代码更难理解和操控,并需更大的精力进行维护。
D.2 寻找瓶颈
为找出最影响程序性能的瓶颈,可采取下述几种方法:
D.2.1 安插自己的测试代码
插入下述“显式”计时代码,对程序进行评测:
long start = System.currentTimeMillis();
// 要计时的运算代码放在这儿
long time = System.currentTimeMillis() - start;
利用System.out.println(),让一种不常用到的方法将累积时间打印到控制台窗口。由于一旦出错,编译器会将其忽略,所以可用一个“静态最终布尔值”(Static final boolean)打开或关闭计时,使代码能放心留在最终发行的程序里,这样任何时候都可以拿来应急。尽管还可以选用更复杂的评测手段,但若仅仅为了量度一个特定任务的执行时间,这无疑是最简便的方法。
System.currentTimeMillis()返回的时间以千分之一秒(1毫秒)为单位。然而,有些系统的时间精度低于1毫秒(如Windows PC),所以需要重复n次,再将总时间除以n,获得准确的时间。
D.2.2 JDK性能评测[2]
JDK配套提供了一个内建的评测程序,能跟踪花在每个例程上的时间,并将评测结果写入一个文件。不幸的是,JDK评测器并不稳定。它在JDK 1.1.1中能正常工作,但在后续版本中却非常不稳定。
为运行评测程序,请在调用Java解释器的未优化版本时加上-prof选项。例如:
java_g -prof myClass
或加上一个程序片(Applet):
java_g -prof sun.applet.AppletViewer applet.html
理解评测程序的输出信息并不容易。事实上,在JDK 1.0中,它居然将方法名称截短为30字符。所以可能无法区分出某些方法。然而,若您用的平台确实能支持-prof选项,那么可试试Vladimir Bulatov的“HyperPorf”[3]或者Greg White的“ProfileViewer”来解释一下结果。
D.2.3 特殊工具
如果想随时跟上性能优化工具的潮流,最好的方法就是作一些Web站点的常客。比如由Jonathan Hardwick制作的“Tools for Optimizing Java”(Java优化工具)网站:
http://www.cs.cmu.edu/~jch/java/tools.html
D.2.4 性能评测的技巧
■由于评测时要用到系统时钟,所以当时不要运行其他任何进程或应用程序,以免影响测试结果。
■如对自己的程序进行了修改,并试图(至少在开发平台上)改善它的性能,那么在修改前后应分别测试一下代码的执行时间。
■尽量在完全一致的环境中进行每一次时间测试。
■如果可能,应设计一个不依赖任何用户输入的测试,避免用户的不同反应导致结果出现误差。
D.3 提速方法
现在,关键的性能瓶颈应已隔离出来。接下来,可对其应用两种类型的优化:常规手段以及依赖Java语言。
D.3.1 常规手段
通常,一个有效的提速方法是用更现实的方式重新定义程序。例如,在《Programming Pearls》(编程拾贝)一书中[14],Bentley利用了一段小说数据描写,它可以生成速度非常快、而且非常精简的拼写检查器,从而介绍了Doug McIlroy对英语语言的表述。除此以外,与其他方法相比,更好的算法也许能带来更大的性能提升——特别是在数据集的尺寸越来越大的时候。欲了解这些常规手段的详情,请参考本附录末尾的“一般书籍”清单。
D.3.2 依赖语言的方法
为进行客观的分析,最好明确掌握各种运算的执行时间。这样一来,得到的结果可独立于当前使用的计算机——通过除以花在本地赋值上的时间,最后得到的就是“标准时间”。
运算 示例 标准时间
本地赋值 i=n; 1.0
实例赋值 this.i=n; 1.2
int增值 i++; 1.5
byte增值 b++; 2.0
short增值 s++; 2.0
float增值 f++; 2.0
double增值 d++; 2.0
空循环 while(true) n++; 2.0
三元表达式 (x<0) ?-x : x 2.2
算术调用 Math.abs(x); 2.5
数组赋值 a[0] = n; 2.7
long增值 l++; 3.5
方法调用 funct(); 5.9
throw或catch异常 try{ throw e; }或catch(e){} 320
同步方法调用 synchMehod(); 570
新建对象 new Object(); 980
新建数组 new int[10]; 3100
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