Java 性能優化三板斧：輔助方法、可變對象傳遞、不可變/可變雙層設計

技巧一：細粒度輔助方法替代大對象返回

問題背景

早期 Swing getBounds() 返回 Rectangle，頻繁調用導致大量臨時對象分配，GC 壓力劇增。

解決方案

在組件類中新增細粒度 getter：

public int getX() { return bounds.x; }
public int getY() { return bounds.y; }
public int getWidth() { return bounds.width; }
public int getHeight() { return bounds.height; }

調用端改為：

int x = comp.getX(); // 無新對象分配
int w = comp.getWidth();

效果

Swing 核心操作速度提升 2 倍。代價是 API 膨脹、文檔複雜化，僅建議在性能敏感熱點路徑使用。

技巧二：可變對象傳入複用（Mutable Argument）

模式

public Rectangle getBounds(Rectangle dest) {
    dest.x = bounds.x;
    dest.y = bounds.y;
    dest.width = bounds.width;
    dest.height = bounds.height;
    return dest;
}

用法

Rectangle reuse = new Rectangle();
for (Component c : components) {
    Rectangle r = c.getBounds(reuse); // 同一對象循環複用
    // 使用 r...
}

限制

僅適用於可變類（Rectangle、Point、StringBuilder），不可用於 String、BigInteger 等不可變類型。

技巧三：不可變基類 + 可變子類雙層設計

核心思想

對外暴露不可變介面，內部使用可變實現，兼顧封裝性與性能：

public class Point { // 不可變
    protected final int x, y;
    public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; }
    public final int getX() { return x; }
    public final int getY() { return y; }
}

public class MutablePoint extends Point { // 僅內部可見
    public MutablePoint(int x, int y) { super(x, y); }
    public final void setX(int x) { this.x = x; } // 需去掉父類 final 或改用非 final 欄位
    public final void setY(int y) { this.y = y; }
}

public class Shape {
    private MutablePoint location = new MutablePoint(0, 0);
    public Point getLocation() { return location; } // 安全向上轉型
    public void move(int dx, int dy) { location.setX(location.getX()+dx); ... }
}

優勢

• 調用端拿到 Point，編譯期禁止修改（setX 不可見）
• 內部持有 MutablePoint，無需創建新對象即可更新座標
• 類似 C++ const Rectangle& 語義，彌補 Java 無 const 引用的缺憾

實戰案例：BigInteger 內部使用 MutableBigInteger

JDK 1.3+ java.math.BigInteger 為不可變公開類，內部大量運算（如 gcd()）委派給包私有 MutableBigInteger，避免中間過程創建大量臨時 BigInteger，極大提升大整數運算性能。

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