如何轻松提高Java代码的性能

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本文阐述了动态编译如何来保持语言的语义，而静态编译则通常不会。他说明了为什么这是一个重要问题，并提供了一段代码来帮助判断您的即时（JIT）编译器是否会在保持语言语义的同时做尾递归代码转换。

作者：Eric Allen 来源：Csdn 2007年9月3日

关键字： java 3977

尾递归转换能加快应用程序的速度，但不是所有的JVM都会做这种转换，很多算法用尾递归方法表示会显得格外简明。编译器会自动把这种方法转换成循环，以提高程序的性能。但在Java语言规范中，并没有要求一定要作这种转换，因此，并不是所有的Java虚拟机（JVM）都会做这种转换。这就意味着在Java语言中采用尾递归表示可能导致巨大的内存占用，而这并不是我们期望的结果。Eric Allen在本文中阐述了动态编译将会保持语言的语义，而静态编译则通常不会。他说明了为什么这是一个重要问题，并提供了一段代码来帮助判断您的即时（JIT）编译器是否会在保持语言语义的同时做尾递归代码转换。

尾递归及其转换

相当多的程序包含有循环，这些循环运行的时间占了程序总运行时间的很大一部分。这些循环经常要反复更新不止一个变量，而每个变量的更新又经常依赖于其它变量的值。

如果把迭代看成是尾递归函数，那么，就可以把这些变量看成是函数的参数。简单提醒一下：如果一个调用的返回值被作为调用函数的值立即返回，那么，这个递归调用就是尾递归；尾递归不必记住调用时调用函数的上下文。

由于这一特点，在尾递归函数和循环之间有一个很好的对应关系：可以简单地把每个递归调用看作是一个循环的多次迭代。但因为所有可变的参数值都一次传给了递归调用，所以比起循环来，在尾递归中可以更容易地得到更新值。而且，难以使用的break语句也常常为函数的简单返回所替代。

但在Java编程中，用这种方式表示迭代将导致效率低下，因为大量的递归调用有导致堆栈溢出的危险。

解决方案比较简单：因为尾递归函数实际上只是编写循环的一种更简单的方式，所以就让编译器把它们自动转换成循环形式。这样您就同时利用了这两种形式的优点。

但是，尽管大家都熟知如何把一个尾递归函数自动转换成一个简单循环，Java规范却不要求做这种转换。不作这种要求的原因大概是：通常在面向对象的语言中，这种转换不能静态地进行。相反地，这种从尾递归函数到简单循环的转换必须由JIT编译器动态地进行。

要理解为什么会是这样，考虑下面一个失败的尝试：在Integers集上，把Iterator中的元素相乘。

因为下面的程序中有一个错误，所以在运行时会抛出一个异常。但是，就象在本专栏以前的许多文章中已经论证的那样，一个程序抛出的精确异常（跟很棒的错误类型标识符一样）对于找到错误藏在程序的什么地方并没有什么帮助，我们也不想编译器以这种方式改变程序，以使编译的结果代码抛出一个不同的异常。

清单1：一个把Integer集的Iterator中的元素相乘的失败尝试

import java.util.Iterator; 

public class Example { 

public int product(Iterator i) { 

return productHelp(i, 0); 

} 
int productHelp(Iterator i, int accumulator) { 

if (i.hasNext()) { 

return productHelp(i, accumulator * ((Integer)i.next()).intValue()); 

} 

else { 

return accumulator; 

} 

} 

}

注意product方法中的错误。product方法通过把accumulator赋值为0调用productHelp。它的值应为1。否则，在类Example的任何实例上调用product都将产生0值，不管Iterator是什么值。

假设这个错误终于被改正了，但同时，类Example的一个子类也被创建了，如清单2所示：

清单2：试图捕捉象清单1这样的不正确的调用

import java.util.*; 
class Example { 
public int product(Iterator i) { 

return productHelp(i, 1); 

} 
int productHelp(Iterator i, int accumulator) { 

if (i.hasNext()) { 

return productHelp(i, accumulator * ((Integer)i.next()).intValue()); 

} 

else { 

return accumulator; 

} 

} 

} 
// And, in a separate file: 
import java.util.*; 
public class Example2 extends Example { 

int productHelp(Iterator i, int accumulator) { 

if (accumulator < 1) { 

throw new RuntimeException("accumulator to productHelp must be >= 1"); 

} 

else { 

return super.productHelp(i, accumulator); 

} 

} 
public static void main(String[] args) { 

LinkedList l = new LinkedList(); 

l.add(new Integer(0)); 

new Example2().product(l.listIterator()); 

} 

}

类Example2中的被覆盖的productHelp方法试图通过当accumulator小于“1”时抛出运行时异常来捕捉对productHelp的不正确调用。不幸的是，这样做将引入一个新的错误。如果Iterator含有任何0值的实例，都将使productHelp在自身的递归调用上崩溃。

现在请注意，在类Example2的main方法中，创建了Example2的一个实例并调用了它的product方法。由于传给这个方法的Iterator包含一个0，因此程序将崩溃。

然而，您可以看到类Example的productHelp是严格尾递归的。假设一个静态编译器想把这个方法的正文转换成一个循环，如清单3所示：

清单3：静态编译不会优化尾调用的一个示例

int productHelp(Iterator i, int accumulator) { 

while (i.hasNext()) { 

accumulator *= ((Integer)i.next()).intValue(); 

} 

return accumulator; 

}

于是，最初对productHelp的调用，结果成了对超类的方法的调用。超方法将通过简单地在iterator上循环来计算其结果。不会抛出任何异常。

用两个不同的静态编译器来编译这段代码，结果是一个会抛出异常，而另一个则不会，想想这是多么让人感到困惑。

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