В новой версии Java 8 наконец-то появились долгожданные лямбда-выражения. Возможно, это самая важная новая возможность последней версии; они позволяют писать быстрее и делают код более ясным, а также открывают дверь в мир функционального программирования. В этой статье я расскажу, как это работает.

Java задумывалась как объектно-ориентированный язык в 90-е годы, когда объектно-ориентированное программирование было главной парадигмой в разработке приложений. Задолго до этого было объектно-ориентированное программирование, были функциональные языки программирования, такие, как Lisp и Scheme, но их преимущества не были оценены за пределами академической среды. В последнее время функциональное программирование сильно выросло в значимости, потому что оно хорошо подходит для параллельного программирования и программирования, основанного на событиях («reactive»). Это не значит, что объектная ориентированность – плохо. Наоборот, вместо этого, выигрышная стратегия – смешивать объектно-ориентированное программирование и функциональное. Это имеет смысл, даже если вам не нужна параллельность. Например, библиотеки коллекций могут получить мощное API, если язык имеет удобный синтаксис для функциональных выражений.

Главным улучшением в Java 8 является добавление поддержки функциональных программных конструкций к его объектно-ориентированной основе.

Под впечатлениями от habrahabr.ru/blogs/java/134102.

Недавно мне приходилось немного поковыряться внутри JVM. Довольно интересный опыт. Текст в вышеупомянутом топике не совсем сходится с моим опытом, но я не считаю себя обладателем абсолютной истины. Ниже я поделюсь с читателями небольшой частью моих экспериментов, которые касаются непосредственно объектов Java.

Перевод pdf файла с сайта http://www.mcdonaldland.info/ с описанием 23-х шаблонов проектирования GOF. Каждый пункт содержит [очень] короткое описание паттерна и UML-диаграмму. Сама шпаргалка доступна в pdf, в виде двух png файлов (как в оригинале), и в виде 23-х отдельных частей изображений. Для самых нетерпеливых — все файлы в конце статьи.

Под катом — много картинок.

Большинство литературы посвященной паттернам в ООП (объектно-ориентированном программировании), как правило, объясняются на примерах с самим кодом. И это правильный подход, так как паттерны ООП уже по-умолчанию предназначаются для людей, которые знают что такое программирование и суть ООП. Однако порой требуется заинтересовать этой темой людей, которые в этом совершенно ничего не понимают, например «не-программистов» или же просто начинающих «компьютерщиков». Именно с этой целью и был подготовлен данный материал, который призван объяснить человеку любого уровня знаний, что такое паттерн ООП и, возможно, привлечет в ряды программистов новых «адептов», ведь программирование это на самом деле очень интересно.
Статья предназначена исключительно для новичков, так что «старожилы» ничего нового для себя не узнают. В основном статья описывает известные паттерны из книги «Приемы объектно-ориентированного программирования. Шаблоны проектирования.», но более популярным и простым языком.

Во время работы мне, как, наверное, и каждому из Вас, иногда приходится замечать мелкие недочеты Java. Маленькие и редкие, но присущие. К написанию этой статьи меня подвиг один из комментариев к моему первому посту. Тема показалась мне очень интересной и я решил припомнить все то, что мне не нравится в моем любимом языке программирования. Итак, начнем:

HashSet

Не знаю почему было принято такое решение, но HashSet реализован на HashMap, да — сэкономили время на создание, но это же одна из основных коллекций, почему к ее созданию не подошли более ответственно — не понятно. Всё-таки, можно было создать HashSet более оптимально. HashMap несет излишнюю архитектуру в контексте задач HashSet. Например, внутри HashSet есть следующий код:

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

Это значит, что любое ваше значение внутри HashSet будет ассоциироваться со ссылкой на этот обьект. Это тоже самое, что:

Map.put(key, PRESENT);

Казалось бы, подумаешь — 8 байт, который будут использоваться всеми. Но не забывайте что при каждой вставке в HashSet, создается Map.Entry, в котором 4 ссылки (еще 16 лишних байт на каждый элемент). Расточительно, не находите? Почему так? Большая загадка… Спасибо хоть не унаследовались.

Default logger

Кто в проекте не использует log4j? А можете сходу назвать библиотеки, которые тоже обходятся без него? Думаю это трудные вопросы. Понимаю, java не может подстраиваться под каждую конкретную задачу, но добавили же стандартный Logger, так почему за 10 лет существования log4j, java так и не взяла лучшее из него? Представьте на сколько бы уменьшились все приложения, особенно сложные, где в конечной сборке может оказаться несколько разных версий логера.

В предыдущей статье много комментаторов были не согласны в необходимости наличия знаний о размере объектов в java. Я категорически не согласен с этим мнением и поэтому подготовил несколько практических приемов, которые потенциально могут пригодится для оптимизации в Вашем приложении. Хочу сразу отметить, что не все из данных приемов могут применяться сразу во время разработки. Для придания большего драматизма, все расчеты и цифры будут приводится для 64-х разрядной HotSpot JVM.

Денормализация модели

Итак, давайте рассмотрим следующий код:

class Cursor {
    String icon;
    Position pos;
    Cursor(String icon, int x, int y) {
         this.icon = icon;
         this.pos = new Position(x, y);
    }
}
class Position {
    int x;
    int y;
    Position(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

А теперь проведем денормализацию:

class Cursor2 {
    String icon;
    int x;
    int y;
    Cursor2(String icon, int x, int y) {
        this.icon = icon;
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

Казалось бы — избавились от композиции и все. Но нет. Объект класса Cursor2 потребляет приблизительно на 30% меньше памяти чем объект класса Cursor (по сути Cursor + Position). Такое вот не очевидное следствие декомпозиции. За счет ссылки и заголовка лишнего объекта. Возможно это кажется не важным и смешным, но только до тех пор, пока объектов у Вас мало, а когда счет идет на миллионы ситуация кардинально меняется. Это не призыв к созданию огромных классов по 100 полей. Ни в коем случаем. Это может пригодится исключительно в случае, когда Вы вплотную подошли к верхней границе Вашей оперативной памяти и в памяти у Вас много однотипных объектов.

Совсем недавно, перейдя на новый проект, я решил для разнообразия также перейти с Eclipse на Idea. С идеей у меня уже был опыт еще с 6-й версии, она мне нравилась, но проблем у нее было достаточно много. Тогда я отказался от нее в виду периодических глюков при долгой работе. Увидев, что уже на дворе 11-я версия я обрадовался и решил опять попытать счастья, так как по интерфейсу идея для меня гораздо приятней…

Около месяца назад заметил, что при активной разработке, когда выделенные под кучу 768мб памяти заполнены под 80%, любое действие, вроде движения мышкой, переключения фокуса, просто прокрутка колесом мышки или непосредственно скроллом в окне вызывает большое потребление памяти и оставшиеся 20% памяти съедаются за несколько секунд работы. После чего, естественно, про комфортную работу можно забыть и приходится перегружать среду в виду постоянного срабатывания сборщика. Сегодня эта ситуация меня окончательно достала и я решил узнать — в чем же собственно проблема?

Интуитивно я понимал, что вероятней всего каждое движение мышки и любое действие вроде прокрутки генерирует определенные события, которые потом обрабатываются, но ТАК МНОГО этих событий я не ожидал. Для затравки — 2 скриншота потребления памяти при движении мыши в окне редактора и скроллинге внутри открытого класса на 1000 строк:

Движение:
Скроллинг:

Обычная прокрутка в окне редактирования кода в пике съедает почти 100мб памяти за несколько секунд… Любое движение мыши генерирует объектов на десятки мегабайт… Единственный позитивный момент во всем этом, что все эти объекты потом собираются.

Совсем недавно со мной поделились историей одной оптимизации (привет stanislaw), которая показалась мне довольно забавной.

Проект игровой и с постоянно растущей базой пользователей, но так как расширятся в ширь не хотелось — возникла задача оптимизировать существующий код в узких местах. После недолгого профайлинга, буквально сразу, удалось найти одно такое узкое место, которое на первый взгляд не вызвало бы ни у кого подозрений:

for (A a : arrayListA) { 
    // do something
    for (B b : arrayListB) {
        // do something
        for (C c : arrayListC) {
            // do something
        }
    }
}

Доступа к коду у меня нету, поэтому я передаю лишь суть повествования. Есть некий метод просчета ситуации на карте, в котором происходит много итераций по разного рода циклам. Причём, граф объектов уже создан и изменяется лишь его состояние. То есть новых объектов фактически не создается… Но тем не менее профайлер показывал приблизительно такую картину (картинка из предыдущего топика):



И при частых вызовах метода сборка занимала довольно большую часть времени работы метода.

С каждым днем слово java все больше и больше воспринимается уже не как язык, а как платформа благодаря небезызвестному invokeDynamic. Именно поэтому сегодня я бы хотел поговорить про виртуальную java машину, а именно — об так называемых Performance опциях в Oracle HotSpot JVM версии 1.6 и выше (server). Потому что сегодня почти не встретить людей, которые знают что-то больше чем -Xmx, -Xms и -Xss. В свое время, когда я начал углубляться в тему, то обнаружил огромное количество интересной информации, которой и хочу поделится. Отправной точкой, понятное дело, послужила официальная документация от Oracle. А дальше — гугл, эксперименты и общение:

-XX:+DoEscapeAnalysis

Начну, пожалуй, с самой интересной опции — DoEscapeAnalysis. Как многие из Вас знают, примитивы и ссылки на объекты создаются не в куче, а выделяются на стеке потока (256КБ по умолчанию для Hotspot). Вполне очевидно, что язык java не позволяет создавать объекты на стеке на прямую. Но это вполне себе может проделывать Ваша JVM 1.6 начиная с 14 апдейта.

Про то, как работает сам алгоритм можно прочитать тут (PDF). Если коротко, то:

• Если область видимости объекта не выходит за область метода, в котором он создается, то такой объект может быть создан на фрейме стека вместо кучи (на самом деле не сам объект, а его поля, на совокупность которых заменяется объект);
• Если объект не покидает область видимости потока, то к такому объекту другие потоки не имеют доступа и следовательно все операции синхронизации над объектом могут быть удалены.

Для реализации данного алгоритма строится и используется так называемый — граф связей (connection graph), по которому на этапе анализа (алгоритмов анализа — несколько) осуществляется проход для нахождения пересечений с другими потоками и методами.
Таким образом после прохода графа связей для любого объекта возможно одно из следующих следующих состояний:

• GlobalEscape — объект доступен из других потоков и из других методов, например статическое поле.
• ArgEscape — объект был передан как аргумент или на него есть ссылка из объекта аргумента, но сам он не выходит из области видимости потока в котором был создан.
• NoEscape — объект не покидает область видимости метода и его создание может быть вынесено на стек.

После этапа анализа, уже сама JVM проводит возможную оптимизацию: в случае если объект NoEscape, то он может быть создан на стеке; если объект NoEscape или ArgEscape, то операции синхронизации над ним могут быть удалены.

Следует уточнить, что на стеке создается не сам объект а его поля. Так как JVM заменяет цельный объект на совокупность его полей (спасибо Walrus за уточнение).

Вполне очевидно, что благодаря такого рода анализу, производительность отдельных частей программы может возрасти в разы. В синтетических тестах, на подобии этого:

    for (int i = 0; i < 1000*1000*1000; i++) {
        Foo foo = new Foo();
    }

скорость выполнения может увеличится в 8-15 раз. Хотя, на казалось бы, очевидных случаях из практики о которых недавно писалось (тут и тут) EscapeAnalys не работает. Подозреваю, что это связано с размером стека.

Кстати, EscapeAnalysis как раз частично ответственен за известный спор про StringBuilder и StringBuffer. То есть, если Вы вдруг в методе использовали StringBuffer вместо StringBuilder, то EscapeAnalysis (в случае срабатывания) устранит блокировки для StringBuffer'а, после чего StringBuffer вполне превращается в StringBuilder.

По долгу службы мне периодически приходится пользоваться профайлером, так как требования к производительности серверов задокументированы и не могут опускаться ниже определенного уровня. Помимо некоторых очевидных архитектурных изменений и решений частенько находятся повторяющиеся места от модуля к модулю, от одного проекта к другому, которые создают дополнительную нагрузку на виртуальную машину, которыми и хочу поделиться.
Так уж случилось, что на глаза чаще всего попадался код работы с Date потому с него и начнем:

Date

Не один десяток раз я имел возможность наблюдать, как во время обработки одного запроса от пользователя в нескольких разных местах создается новый объект даты. Чаще всего цель одна и та же — получить текущее время. В простейшем случае это выглядит так:

    public boolean isValid(Date start, Date end) {
        Date now = new Date();
        return start.before(now) && end.after(now); 
    }

Казалось бы — вполне очевидное и правильное решение. В принципе, да, за исключением двух моментов:

• Использовать Date сегодня в java — уже, пожалуй, моветон, учитывая тот факт, что почти все методы в нем уже Deprecated.
• Нету смысла создавать новый объект даты, если вполне можно обойтись примитивом long:

    public boolean isValid(Date start, Date end) {
        long now = System.currentTimeMillis();
        return start.getTime() < now && now < end.getTIme(); 
    }

SimpleDateFormat

Очень часто в веб проектах возникает задача перевести строку в дату или наоборот дату в строку. Задача довольно типичная и чаще всего выглядит так:

    return new SimpleDateFormat("EEE, d MMM yyyy HH:mm:ss Z").parse(dateString);

Это правильное и быстрое решение, но если серверу приходится парсить строку на каждый пользовательский реквест в каждом из сотен потоков — это может ощутимо бить по производительности сервера в виду довольно тяжеловесного конструктора SimpleDateFormat, да и помимо самого форматера создается множество других объектов в том числе и не легкий Calendar (размер которого > 400 байт).

Ситуацию можно было бы легко решить, сделав SimpleDateFormat статическим полем, но он не является потокобезопасным. И в конкурентной среде легко можно словить NumberFormatException.

Вторая мысль — использовать синхронизацию. Но это таки довольно сомнительная вещь. В случае большой конкуренции между потоками, мы можем не просто не улучшить производительность но и ухудшить.

Но решения есть и их как минимум 2:

• Старый, добрый ThreadLocal — cоздаем SimpleDateFormat для каждого потока 1 раз и переиспользуем для каждого последующего запроса. Данный подход поможет ускорить парсинг даты в 2-4 раза за счет избежания создания объектов SimpleDateFormat на каждый запрос.
• Joda и ее потокобезопасный аналог SimpleDateFormat — DateTimeFormat. Хоть йода в целом и медленнее дефолтного Java Date API в парсинге дат они идут наравне. Несколько тестов можно глянуть тут.