如何优化JAVA代码及提高执行效率

可供程序利用的资源（内存、CPU时间、网络带宽等）是有限的，优化的目的就是让程序用尽可能少的资源完成预定的任务。优化通常包含两方面的内容：减小代码的体积，提高代码的运行效率。本文讨论的主要是如何提高代码的效率。

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在Java程序中，性能问题的大部分原因并不在于Java语言，而是在于程序本身。养成好的代码编写习惯非常重要，比如正确地、巧妙地运用java.lang.String类和java.util.Vector类，它能够显著地提高程序的性能。下面我们就来具体地分析一下这方面的问题。

1、 尽量指定类的final修饰符带有final修饰符的类是不可派生的。在Java核心API中，有许多应用final的例子，例如java.lang.String。为String类指定final防止了人们覆盖length()方法。另外，如果指定一个类为final，则该类所有的方法都是final。Java编译器会寻找机会内联（inline）所有的final方法（这和具体的编译器实现有关）。此举能够使性能平均提高50%

。

2、 尽量重用对象。特别是String 对象的使用中，出现字符串连接情况时应用StringBuffer 代替。由于系统不仅要花时间生成对象，以后可能还需花时间对这些对象进行垃圾回收和处理。因此，生成过多的对象将会给程序的性能带来很大的影响。

3、 尽量使用局部变量，调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈（Stack）中，速度较快。其他变量，如静态变量、实例变量等，都在堆（Heap）中创建，速度较慢。另外，依赖于具体的编译器/JVM，局部变量还可能得到进一步优化。请参见《尽可能使用堆栈变量》。

4、 不要重复初始化变量 默认情况下，调用类的构造函数时，

Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象被设置成null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double变量设置成0.0，逻辑值设置成false。当一个类从另一个类派生时，这一点尤其应该注意，因为用new关键词创建一个对象时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。

5、 在JAVA + ORACLE 的应用系统开发中，java中内嵌的SQL语句尽量使用大写的形式，以减轻ORACLE解析器的解析负担。

6、 Java 编程过程中，进行数据库连接、I/O流操作时务必小心，在使用完毕后，即使关闭以释放资源。因为对这些大对象的操作会造成系统大的开销，稍有不慎，会导致严重的后果。

7、 由于JVM的有其自身的GC机制，不需要程序开发者的过多考虑，从一定程度上减轻了开发者负担，但同时也遗漏了隐患，过分的创建对象会消耗系统的大量内存，严重时会导致内存泄露，因此，保证过期对象的及时回收具有重要意义。JVM回收垃圾的条件是：对象不在被引用；然而，JVM的GC并非十分的机智，即使对象满足了垃圾回收的条件也不一定会被立即回收。所以，建议我们在对象使用完毕，应手动置成null。

8、 在使用同步机制时，应尽量使用方法同步代替代码块同步。

9、 尽量减少对变量的重复计算

例如：for(int i = 0;i list.size; i ++) {

…

}

应替换为：

for(int i = 0,int len = list.size();i len; i ++) {

…

}

10、尽量采用lazy loading 的策略，即在需要的时候才开始创建。

例如： String str = “aaa”;

if(i == 1) {

list.add(str);

}

应替换为：

if(i == 1) {

String str = “aaa”;

list.add(str);

}

11、慎用异常

异常对性能不利。抛出异常首先要创建一个新的对象。Throwable接口的构造函数调用名为fillInStackTrace()的本地（Native）方法，fillInStackTrace()方法检查堆栈，收集调用跟踪信息。只要有异常被抛出，VM就必须调整调用堆栈，因为在处理过程中创建了一个新的对象。异常只能用于错误处理，不应该用来控制程序流程。

12、不要在循环中使用：

Try {

} catch() {

}

应把其放置在最外层。

13、StringBuffer 的使用：

StringBuffer表示了可变的、可写的字符串。

有三个构造方法 :

StringBuffer (); //默认分配16个字符的空间

StringBuffer (int size); //分配size个字符的空间

StringBuffer (String str); //分配16个字符+str.length()个字符空间

你可以通过StringBuffer的构造函数来设定它的初始化容量，这样可以明显地提升性能。这里提到的构造函数是StringBuffer(int

length)，length参数表示当前的StringBuffer能保持的字符数量。你也可以使用ensureCapacity(int

minimumcapacity)方法在StringBuffer对象创建之后设置它的容量。首先我们看看StringBuffer的缺省行为，然后再找出一条更好的提升性能的途径。

StringBuffer在内部维护一个字符数组，当你使用缺省的构造函数来创建StringBuffer对象的时候，因为没有设置初始化字符长度，StringBuffer的容量被初始化为16个字符，也就是说缺省容量就是16个字符。当StringBuffer达到最大容量的时候，它会将自身容量增加到当前的2倍再加2，也就是（2*旧值+2）。如果你使用缺省值，初始化之后接着往里面追加字符，在你追加到第16个字符的时候它会将容量增加到34（2*16+2），当追加到34个字符的时候就会将容量增加到70（2*34+2）。无论何事只要StringBuffer到达它的最大容量它就不得不创建一个新的字符数组然后重新将旧字符和新字符都拷贝一遍――这也太昂贵了点。所以总是给StringBuffer设置一个合理的初始化容量值是错不了的，这样会带来立竿见影的性能增益。

StringBuffer初始化过程的调整的作用由此可见一斑。所以，使用一个合适的容量值来初始化StringBuffer永远都是一个最佳的建议。

14、合理的使用Java类 java.util.Vector。

简单地说，一个Vector就是一个java.lang.Object实例的数组。Vector与数组相似，它的元素可以通过整数形式的索引访问。但是，Vector类型的对象在创建之后，对象的大小能够根据元素的增加或者删除而扩展、缩小。请考虑下面这个向Vector加入元素的例子：

Object obj = new Object();

Vector v = new Vector(100000);

for(int I=0;

I100000; I++) { v.add(0,obj); }

除非有绝对充足的理由要求每次都把新元素插入到Vector的前面，否则上面的代码对性能不利。在默认构造函数中，Vector的初始存储能力是10个元素，如果新元素加入时存储能力不足，则以后存储能力每次加倍。Vector类就象StringBuffer类一样，每次扩展存储能力时，所有现有的元素都要复制到新的存储空间之中。下面的代码片段要比前面的例子快几个数量级：

Object obj = new Object();

Vector v = new Vector(100000);

for(int I=0; I100000; I++) { v.add(obj); }

同样的规则也适用于Vector类的remove()方法。由于Vector中各个元素之间不能含有“空隙”，删除除最后一个元素之外的任意其他元素都导致被删除元素之后的元素向前移动。也就是说，从Vector删除最后一个元素要比删除第一个元素“开销”低好几倍。

假设要从前面的Vector删除所有元素，我们可以使用这种代码：

for(int I=0; I100000; I++)

{

　v.remove(0);

}

但是，与下面的代码相比，前面的代码要慢几个数量级：

for(int I=0; I100000; I++)

{

　v.remove(v.size()-1);

}

从Vector类型的对象v删除所有元素的最好方法是：

v.removeAllElements();

假设Vector类型的对象v包含字符串“Hello”。考虑下面的代码，它要从这个Vector中删除“Hello”字符串：

String s = "Hello";

int i = v.indexOf(s);

if(I != -1) v.remove(s);

这些代码看起来没什么错误，但它同样对性能不利。在这段代码中，indexOf()方法对v进行顺序搜索寻找字符串“Hello”，remove(s)方法也要进行同样的顺序搜索。改进之后的版本是：

String s = "Hello";

int i = v.indexOf(s);

if(I != -1) v.remove(i);

这个版本中我们直接在remove()方法中给出待删除元素的精确索引位置，从而避免了第二次搜索。一个更好的版本是：

String s = "Hello"; v.remove(s);

最后，我们再来看一个有关Vector类的代码片段：

for(int I=0; I++;I v.length)

如果v包含100,000个元素，这个代码片段将调用v.size()方法100,000次。虽然size方法是一个简单的方法，但它仍旧需要一次方法调用的开销，至少JVM需要为它配置以及清除堆栈环境。在这里，for循环内部的代码不会以任何方式修改Vector类型对象v的大小，因此上面的代码最好改写成下面这种形式：

int size = v.size(); for(int I=0; I++;Isize)

虽然这是一个简单的改动，但它仍旧赢得了性能。毕竟，每一个CPU周期都是宝贵的。

15、当复制大量数据时，使用System.arraycopy()命令。

16、代码重构：增强代码的可读性。

例如：

public class ShopCart {

private List carts ;

…

public void add (Object item) {

if(carts == null) {

carts = new ArrayList();

}

crts.add(item);

}

public void remove(Object item) {

if(carts. contains(item)) {

carts.remove(item);

}

}

public List getCarts() {

//返回只读列表

return Collections.unmodifiableList(carts);

}

//不推荐这种方式

//this.getCarts().add(item);

}

17、不用new关键词创建类的实例

用new关键词创建类的实例时，构造函数链中的所有构造函数都会被自动调用。但如果一个对象实现了Cloneable接口，我们可以调用它的clone()方法。clone()方法不会调用任何类构造函数。

在使用设计模式（Design Pattern）的场合，如果用Factory模式创建对象，则改用clone()方法创建新的对象实例非常简单。例如，下面是Factory模式的一个典型实现：

public static Credit getNewCredit() {

return new Credit();

}

改进后的代码使用clone()方法，如下所示：

private static Credit BaseCredit = new Credit();

public static Credit getNewCredit() {

return (Credit) BaseCredit.clone();

}

上面的思路对于数组处理同样很有用。

18、乘法和除法

考虑下面的代码：

for (val = 0; val 100000; val +=5) {

alterX = val * 8; myResult = val * 2;

}

用移位操作替代乘法操作可以极大地提高性能。下面是修改后的代码：

for (val = 0; val 100000; val += 5) {

alterX = val 3; myResult = val 1;

}

修改后的代码不再做乘以8的操作，而是改用等价的左移3位操作，每左移1位相当于乘以2。相应地，右移1位操作相当于除以2。值得一提的是，虽然移位操作速度快，但可能使代码比较难于理解，所以最好加上一些注释。

19、在JSP页面中关闭无用的会话。

一个常见的误解是以为session在有客户端访问时就被创建，然而事实是直到某server端程序调用HttpServletRequest.getSession(true)这样的语句时才被创建，注意如果JSP没有显示的使用 %@pagesession="false"% 关闭session，则JSP文件在编译成Servlet时将会自动加上这样一条语句HttpSession

session = HttpServletRequest.getSession(true);这也是JSP中隐含的session对象的来历。由于session会消耗内存资源，因此，如果不打算使用session，应该在所有的JSP中关闭它。

对于那些无需跟踪会话状态的页面，关闭自动创建的会话可以节省一些资源。使用如下page指令：%@ page session="false"%

20、JDBC与I/O

如果应用程序需要访问一个规模很大的数据集，则应当考虑使用块提取方式。默认情况下，JDBC每次提取32行数据。举例来说，假设我们要遍历一个5000行的记录集，JDBC必须调用数据库157次才能提取到全部数据。如果把块大小改成512，则调用数据库的次数将减少到10次。

[p][/p]21、Servlet与内存使用

许多开发者随意地把大量信息保存到用户会话之中。一些时候，保存在会话中的对象没有及时地被垃圾回收机制回收。从性能上看，典型的症状是用户感到系统周期性地变慢，却又不能把原因归于任何一个具体的组件。如果监视JVM的堆空间，它的表现是内存占用不正常地大起大落。

解决这类内存问题主要有二种办法。第一种办法是，在所有作用范围为会话的Bean中实现HttpSessionBindingListener接口。这样，只要实现valueUnbound()方法，就可以显式地释放Bean使用的资源。另外一种办法就是尽快地把会话作废。大多数应用服务器都有设置会话作废间隔时间的选项。另外，也可以用编程的方式调用会话的setMaxInactiveInterval()方法，该方法用来设定在作废会话之前，Servlet容器允许的客户请求的最大间隔时间，以秒计。

22、使用缓冲标记

一些应用服务器加入了面向JSP的缓冲标记功能。例如，BEA的WebLogic Server从6.0版本开始支持这个功能，Open

Symphony工程也同样支持这个功能。JSP缓冲标记既能够缓冲页面片断，也能够缓冲整个页面。当JSP页面执行时，如果目标片断已经在缓冲之中，则生成该片断的代码就不用再执行。页面级缓冲捕获对指定URL的请求，并缓冲整个结果页面。对于购物篮、目录以及门户网站的主页来说，这个功能极其有用。对于这类应用，页面级缓冲能够保存页面执行的结果，供后继请求使用。

23、选择合适的引用机制

在典型的JSP应用系统中，页头、页脚部分往往被抽取出来，然后根据需要引入页头、页脚。当前，在JSP页面中引入外部资源的方法主要有两种：include指令，以及include动作。

include指令：例如%@ include file="copyright.html"

%。该指令在编译时引入指定的资源。在编译之前，带有include指令的页面和指定的资源被合并成一个文件。被引用的外部资源在编译时就确定，比运行时才确定资源更高效。

include动作：例如jsp:include page="copyright.jsp"

/。该动作引入指定页面执行后生成的结果。由于它在运行时完成，因此对输出结果的控制更加灵活。但时，只有当被引用的内容频繁地改变时，或者在对主页面的请求没有出现之前，被引用的页面无法确定时，使用include动作才合算。

24、及时清除不再需要的会话

为了清除不再活动的会话，许多应用服务器都有默认的会话超时时间，一般为30分钟。当应用服务器需要保存更多会话时，如果内存容量不足，操作系统会把部分内存数据转移到磁盘，应用服务器也可能根据“最近最频繁使用”（Most

Recently

Used）算法把部分不活跃的会话转储到磁盘，甚至可能抛出“内存不足”异常。在大规模系统中，串行化会话的代价是很昂贵的。当会话不再需要时，应当及时调用HttpSession.invalidate()方法清除会话。HttpSession.invalidate()方法通常可以在应用的退出页面调用。

25、不要将数组声明为：public static final 。

26、HashMap的遍历效率讨论

经常遇到对HashMap中的key和value值对的遍历操作，有如下两种方法：MapString, String[] paraMap = new HashMapString, String[]();

................//第一个循环

SetString appFieldDefIds = paraMap.keySet();

for (String appFieldDefId : appFieldDefIds) {

String[] values = paraMap.get(appFieldDefId);

......

}

//第二个循环

for(EntryString, String[] entry : paraMap.entrySet()){

String appFieldDefId = entry.getKey();

String[] values = entry.getValue();

.......

}

第一种实现明显的效率不如第二种实现。

分析如下 SetString appFieldDefIds = paraMap.keySet(); 是先从HashMap中取得keySet

代码如下：

public SetK keySet() {

SetK ks = keySet;

return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));

}

private class KeySet extends AbstractSetK {

public IteratorK iterator() {

return newKeyIterator();

}

public int size() {

return size;

}

public boolean contains(Object o) {

return containsKey(o);

}

public boolean remove(Object o) {

return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;

}

public void clear() {

HashMap.this.clear();

}

}

其实就是返回一个私有类KeySet, 它是从AbstractSet继承而来，实现了Set接口。

再来看看for/in循环的语法

for(declaration : expression_r)

statement

在执行阶段被翻译成如下各式

for(IteratorE #i = (expression_r).iterator(); #i.hashNext();){

declaration = #i.next();

statement

}

因此在第一个for语句for (String appFieldDefId : appFieldDefIds) 中调用了HashMap.keySet().iterator() 而这个方法调用了newKeyIterator()

IteratorK newKeyIterator() {

return new KeyIterator();

}

private class KeyIterator extends HashIteratorK {

public K next() {

return nextEntry().getKey();

}

}

所以在for中还是调用了

在第二个循环for(EntryString, String[] entry : paraMap.entrySet())中使用的Iterator是如下的一个内部类

private class EntryIterator extends HashIteratorMap.EntryK,V {

public Map.EntryK,V next() {

return nextEntry();

}

}

此时第一个循环得到key，第二个循环得到HashMap的Entry

效率就是从循环里面体现出来的第二个循环此致可以直接取key和value值

而第一个循环还是得再利用HashMap的get(Object key)来取value值

现在看看HashMap的get(Object key)方法

public V get(Object key) {

Object k = maskNull(key);

int hash = hash(k);

int i = indexFor(hash, table.length); //Entry[] table

EntryK,V e = table;

while (true) {

if (e == null)

return null;

if (e.hash == hash eq(k, e.key))

return e.value;

e = e.next;

}

}

其实就是再次利用Hash值取出相应的Entry做比较得到结果，所以使用第一中循环相当于两次进入HashMap的Entry中

而第二个循环取得Entry的值之后直接取key和value，效率比第一个循环高。其实按照Map的概念来看也应该是用第二个循环好一点，它本来就是key和value的值对，将key和value分开操作在这里不是个好选择。

求一个50行左右的JAVA代码，最好每行带注释，谢谢啦

/*这个相当详细了.

程序也不算太难.而且给老师看的时候效果比较好.因为有图形化界面,又实现一个比较实用的功能.老师会比较高兴的.

建立一个文件名为Change.java就可以编译了*/

/*

* 这个程序实现输入身高算出标准体重,输入体重,算出身高的功能

*/

import java.awt.*; //导入相关类包,这才样使用相应awt图形界面的类

import java.awt.event.*;//同上

public class Change extends Frame { //定义一个类Change, 父类是Frame(图形界面的)

Button b = new Button("互查"); //创建一个按钮的对象b,显示为"互查"

Label l1 = new Label("身高(cm)");//创建一个lable.显示身高

Label l2 = new Label("体重(kg)");//创建一个lable 显示体重

double heigth, weigth; //定义变量

double x, y; //定义变量

TextField tf1 = new TextField(null, 10);//添加Text框

TextField tf2 = new TextField(null, 10);//添加Text框

public Change() {//类的构造函数,完成初始化

super("互查表");//创建窗口,标题为互查表

setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.LEFT));//设置布局

add(l1);//把lable 身高放到window里

add(tf1);//把Text 框 放到窗口上

add(l2); //把lable 体重放到window里

add(tf2);//Test放到窗口里

add(b);//把button放到窗口上

pack();//自动放到窗口里排列上边的组件

setVisible(true);//可以让用户看到窗口

addWindowListener(new WindowAdapter() {//如果按 X, 关闭窗口

public void windowClosing(WindowEvent e) {

System.exit(0);

}

});

b.addActionListener(new ButtonListener());//添加button监听函数

}

class ButtonListener implements ActionListener {//实现click button时功能操作

public void actionPerformed(ActionEvent e) {//当click调用

if (tf1.getText()!=null) {//检查tf1 test 是否为空

try {//取异常

x = Double.parseDouble(tf1.getText());//字符转为double型

weigth = (x - 100) * 0.9;//算重量

tf2.setText("" + weigth);//显示重量

} catch (NumberFormatException ex) {

tf1.setText("");//如果输入不是数字,设为空

}

}

if (tf1.getText().equals("")==true){//tf1是否为空

y = Double.parseDouble(tf2.getText());//把tf2里的文本转为double 型 的

heigth = y / 0.9 + 100; //算身高根据重量

tf1.setText("" + heigth);}//显示身高

}

}

public static void main(String[] args) {//主函数,程序入口

new Change(); //建立类Change的对象,并调用他的构造函数Change().显示窗口

}

}

什么是程序员？什么是代码？

程序员所写的代码，是为某一特定程序或某一个应用程序所制定的编码和内部测试的组织实施，使此应用或程序应能够在程序员编写的代码中，实现各种功能。程序员(英文Programmer)是从事程序开发、程序维护的专业人员。一般将程序员分为程序设计人员和程序编码人员，但两者的界限并不非常清楚，特别是在中国。软件从业人员分为初级程序员、中级程序员、高级程序员(现为软件设计师)、系统分析员，系统架构师，测试工程师六大类。代码又臭又长

我见过最长的方法是5000多行，那段代码没人敢动，只敢往下加 if else，每次需要改这段代码的开发都战战兢兢，生怕出现什么莫名其妙的bug。java 可是一门面向对象的语言，一个方法里面有5000多行可以说是很可恶的事情了。我想一开始代码长度可能没这么夸张，是什么导致这种结果的？一个是当初写这段代码的人本身写的是直来直去的方法，一堆if else ；后面迭代的开发，面对这么长的代码瞬间失去了从头读到尾的耐心，直接继续在后面加 if else 迭代，最后这个方法就变成了一个缝合怪一样的玩意。

好的 sql 可以很大程度上简化代码的复杂程度，但是太过复杂sql 本身就会给后来的开发人员造成阅读困难，结果又是变成一条无人敢动的祖传代码，我想这应该是不少公司极度抵制存储过程的原因之一。当然不少银行应用开发还是大量使用存储过程，存储过程有用武之地的，但是一个又臭又长的存储过程就等着变成祖传代码吧。当年我见到一个60多个join的sql，看到第一眼就惊为天人从此难以忘怀，当然那段sql也成了没人敢去动的代码了。

代码逻辑不明

代码逻辑不明所以是我们开发很容易去犯的毛病，是一个不致命却烦人的毛病。在代码上的体现是，逻辑判断写的比较反人类各种双重否定是肯定，不把你绕晕不罢休。或者是写起代码来东一榔头西一棒槌，让人不知道你想干嘛。导致这个的原因有可能是开发人员在需求理解上出现偏差，做到后面发现不对劲，再回去改又不大可能了，只能硬着头皮往下写，结果就是代码弯弯绕绕；还有很重要的锅是在产品经理，任意变更需求，想一出是一出，开发人员无奈只能跟着想一出写一出。还用可能是开发人员方法或者类命名太艺术了，什么四川方言拼音这种没有十年脑血栓想不出的命名咱就不说了。就说那种国产凌凌漆式的无厘头命名——这看上去是个刮胡刀实际上是个吹风机，就这种不知道让人说什么好。

规划代码的核心思想

吐槽了一堆代码规范问题，接下来我们说说如何去规范我们的代码以及如何做到就算开发人员更换了，或者项目转手给他人了，仍然可以让后面的开发可以无碍的去阅读代码修改代码。当然各个公司/团队都有自己的一套代码规范，比如项目的结构、代码命名风格、代码格式等等。不同团队有不同的风格，但核心思想是大同小异的。接下来我就我个人的开发经验来分享一下一些代码规范的思想。

怎么样才能写出安全的Java代码？不被黑客攻击？

在本文中，我们讨论了对付 13 种不同静态暴露的技巧。对于每种暴露，我们解释了不处理这些安全性问题所造成的影响。我们还为您推荐了一些准则，要开发不受这些静态安全性暴露威胁的、健壮且安全的 Java 应用程序，您应该遵循这些准则。一有合适的时机，我们就提供代码样本（既有暴露的代码也有无暴露的代码）。

对付高严重性暴露的技巧

请遵循下列建议以避免高严重性静态安全性暴露：

限制对变量的访问

让每个类和方法都成为 final，除非有足够的理由不这样做

不要依赖包作用域

使类不可克隆

使类不可序列化

使类不可逆序列化

避免硬编码敏感数据

查找恶意代码

限制对变量的访问

如果将变量声明为 public，那么外部代码就可以操作该变量。这可能会导致安全性暴露。

影响

如果实例变量为 public，那么就可以在类实例上直接访问和操作该实例变量。将实例变量声明为 protected 并不一定能解决这一问题：虽然不可能直接在类实例基础上访问这样的变量，但仍然可以从派生类访问这个变量。

清单 1 演示了带有 public 变量的代码，因为变量为 public 的，所以它暴露了。

清单 1. 带有 public 变量的代码

class Test {

public int id;

protected String name;

Test(){

id = 1;

name = "hello world";

}

//code

}

public class MyClass extends Test{

public void methodIllegalSet(String name){

this.name = name; // this should not be allowed

}

public static void main(String[] args){

Test obj = new Test();

obj.id = 123; // this should not be allowed

MyClass mc = new MyClass();

mc.methodIllegalSet("Illegal Set Value");

}

}

建议

一般来说，应该使用取值方法而不是 public 变量。按照具体问题具体对待的原则，在确定哪些变量特别重要因而应该声明为 private 时，请将编码的方便程度及成本同安全性需要加以比较。清单 2 演示了以下列方式来使之安全的代码：

清单 2. 不带有 public 变量的代码

class Test {

private int id;

private String name;

Test(){

id = 1;

name = "hello world";

}

public void setId(int id){

this.id = id;

}

public void setName(String name){

this.name = name;

}

public int getId(){

return id;

}

public String getName(){

return name;

}

}

让每个类和方法都为 final

不允许扩展的类和方法应该声明为 final。这样做防止了系统外的代码扩展类并修改类的行为。

影响

仅仅将类声明为非 public 并不能防止攻击者扩展类，因为仍然可以从它自己的包内访问该类。

建议

让每个类和方法都成为 final，除非有足够的理由不这样做。按此建议，我们要求您放弃可扩展性，虽然它是使用诸如 Java 语言之类的面向对象语言的主要优点之一。在试图提供安全性时，可扩展性却成了您的敌人；可扩展性只会为攻击者提供更多给您带来麻烦的方法。

不要依赖包作用域

没有显式地标注为 public、private 或 protected 的类、方法和变量在它们自己的包内是可访问的。

影响

如果 Java 包不是封闭的，那么攻击者就可以向包内引入新类并使用该新类来访问您想保护的内容。诸如 java.lang 之类的一些包缺省是封闭的，一些 JVM 也让您封闭自己的包。然而，您最好假定包是不封闭的。

建议

从软件工程观点来看，包作用域具有重要意义，因为它可以阻止对您想隐藏的内容进行偶然的、无意中的访问。但不要依靠它来获取安全性。应该将类、方法和变量显式标注为 public、private 或 protected 中适合您特定需求的那种。

使类不可克隆

克隆允许绕过构造器而轻易地复制类实例。

影响

即使您没有有意使类可克隆，外部源仍然可以定义您的类的子类，并使该子类实现 java.lang.Cloneable。这就让攻击者创建了您的类的新实例。拷贝现有对象的内存映象生成了新的实例；虽然这样做有时候是生成新对象的可接受方法，但是大多数时候是不可接受的。清单 3 说明了因为可克隆而暴露的代码：

清单 3. 可克隆代码

class MyClass{

private int id;

private String name;

public MyClass(){

id=1;

name="HaryPorter";

}

public MyClass(int id,String name){

this.id=id;

this.name=name;

}

public void display(){

System.out.println("Id ="+id+"

"+"Name="+name);

}

}

// hackers code to clone the user class

public class Hacker extends MyClass implements Cloneable {

public static void main(String[] args){

Hacker hack=new Hacker();

try{

MyClass o=(MyClass)hack.clone();

o.display();

}

catch(CloneNotSupportedException e){

e.printStackTrace();

}

}

}

建议

要防止类被克隆，可以将清单 4 中所示的方法添加到您的类中：

清单 4. 使您的代码不可克隆

public final Object clone()

throws java.lang.CloneNotSupportedException{

throw new java.lang.CloneNotSupportedException();

}

如果想让您的类可克隆并且您已经考虑了这一选择的后果，那么您仍然可以保护您的类。要做到这一点，请在您的类中定义一个为 final 的克隆方法，并让它依赖于您的一个超类中的一个非 final 克隆方法，如清单 5 中所示：

清单 5. 以安全的方式使您的代码可克隆

public final Object clone()

throws java.lang.CloneNotSupportedException {

super.clone();

}

类中出现 clone() 方法防止攻击者重新定义您的 clone 方法。

使类不可序列化

序列化允许将类实例中的数据保存在外部文件中。闯入代码可以克隆或复制实例，然后对它进行序列化。

影响

序列化是令人担忧的，因为它允许外部源获取对您的对象的内部状态的控制。这一外部源可以将您的对象之一序列化成攻击者随后可以读取的字节数组，这使得攻击者可以完全审查您的对象的内部状态，包括您标记为 private 的任何字段。它也允许攻击者访问您引用的任何对象的内部状态。

建议

要防止类中的对象被序列化，请在类中定义清单 6 中的 writeObject() 方法：

清单 6. 防止对象序列化

private final void writeObject(ObjectOutputStream out)

throws java.io.NotSerializableException {

throw new java.io.NotSerializableException("This object cannot

be serialized");

}

通过将 writeObject() 方法声明为 final，防止了攻击者覆盖该方法。

使类不可逆序列化

通过使用逆序列化，攻击者可以用外部数据或字节流来实例化类。

影响

不管类是否可以序列化，都可以对它进行逆序列化。外部源可以创建逆序列化成类实例的字节序列。这种可能为您带来了大量风险，因为您不能控制逆序列化对象的状态。请将逆序列化作为您的对象的另一种公共构造器 — 一种您无法控制的构造器。

建议

要防止对对象的逆序列化，应该在您的类中定义清单 7 中的 readObject() 方法：

清单 7. 防止对象逆序列化

private final void readObject(ObjectInputStream in)

throws java.io.NotSerializableException {

throw new java.io.NotSerializableException("This object cannot

be deserialized");

}

通过将该方法声明为 final，防止了攻击者覆盖该方法。

避免硬编码敏感数据

您可能会尝试将诸如加密密钥之类的秘密存放在您的应用程序或库的代码。对于你们开发人员来说，这样做通常会把事情变得更简单。

影响

任何运行您的代码的人都可以完全访问以这种方法存储的秘密。没有什么东西可以防止心怀叵测的程序员或虚拟机窥探您的代码并了解其秘密。

建议

可以以一种只可被您解密的方式将秘密存储在您代码中。在这种情形下，秘密只在于您的代码所使用的算法。这样做没有多大坏处，但不要洋洋得意，认为这样做提供了牢固的保护。您可以遮掩您的源代码或字节码 — 也就是，以一种为了解密必须知道加密格式的方法对源代码或字节码进行加密 — 但攻击者极有可能能够推断出加密格式，对遮掩的代码进行逆向工程从而揭露其秘密。

这一问题的一种可能解决方案是：将敏感数据保存在属性文件中，无论什么时候需要这些数据，都可以从该文件读取。如果数据极其敏感，那么在访问属性文件时，您的应用程序应该使用一些加密／解密技术。

查找恶意代码

从事某个项目的某个心怀叵测的开发人员可能故意引入易受攻击的代码，打算日后利用它。这样的代码在初始化时可能会启动一个后台进程，该进程可以为闯入者开后门。它也可以更改一些敏感数据。

这样的恶意代码有三类：

类中的 main 方法

定义过且未使用的方法

注释中的死代码

影响

入口点程序可能很危险而且有恶意。通常，Java 开发人员往往在其类中编写 main() 方法，这有助于测试单个类的功能。当类从测试转移到生产环境时，带有 main() 方法的类就成为了对应用程序的潜在威胁，因为闯入者将它们用作入口点。

请检查代码中是否有未使用的方法出现。这些方法在测试期间将会通过所有的安全检查，因为在代码中不调用它们 — 但它们可能含有硬编码在它们内部的敏感数据（虽然是测试数据）。引入一小段代码的攻击者随后可能调用这样的方法。

避免最终应用程序中的死代码（注释内的代码）。如果闯入者去掉了对这样的代码的注释，那么代码可能会影响系统的功能性。

可以在清单 8 中看到所有三种类型的恶意代码的示例：

清单 8. 潜在恶意的 Java 代码

public void unusedMethod(){

// code written to harm the system

}

public void usedMethod(){

//unusedMethod(); //code in comment put with bad intentions,

//might affect the system if uncommented

// int x = 100;

// x=x+10; //Code in comment, might affect the

//functionality of the system if uncommented

}

建议

应该将（除启动应用程序的 main() 方法之外的）main() 方法、未使用的方法以及死代码从应用程序代码中除去。在软件交付使用之前，主要开发人员应该对敏感应用程序进行一次全面的代码评审。应该使用“Stub”或“dummy”类代替 main() 方法以测试应用程序的功能。

对付中等严重性暴露的技巧

请遵循下列建议以避免中等严重性静态安全性暴露：

不要依赖初始化

不要通过名称来比较类

不要使用内部类

不要依赖初始化

您可以不运行构造器而分配对象。这些对象使用起来不安全，因为它们不是通过构造器初始化的。

影响

在初始化时验证对象确保了数据的完整性。

例如，请想象为客户创建新帐户的 Account 对象。只有在 Account 期初余额大于 0 时，才可以开设新帐户。可以在构造器里执行这样的验证。有些人未执行构造器而创建 Account 对象，他可能创建了一个具有一些负值的新帐户，这样会使系统不一致，容易受到进一步的干预。

建议

在使用对象之前，请检查对象的初始化过程。要做到这一点，每个类都应该有一个在构造器中设置的私有布尔标志，如清单 9 中的类所示。在每个非 static 方法中，代码在任何进一步执行之前都应该检查该标志的值。如果该标志的值为 true，那么控制应该进一步继续；否则，控制应该抛出一个例外并停止执行。那些从构造器调用的方法将不会检查初始化的变量，因为在调用方法时没有设置标志。因为这些方法并不检查标志，所以应该将它们声明为 private 以防止用户直接访问它们。

清单 9. 使用布尔标志以检查初始化过程

public class MyClass{

private boolean initialized = false;

//Other variables

public MyClass (){

//variable initialization

method1();

initialized = true;

}

private void method1(){ //no need to check for initialization variable

//code

}

public void method2(){

try{

if(initialized==true){

//proceed with the business logic

}

else{

throw new Exception("Illegal State Of the object");

}

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

}

}

如果对象由逆序列化进行初始化，那么上面讨论的验证机制将难以奏效，因为在该过程中并不调用构造器。在这种情况下，类应该实现 ObjectInputValidation 接口：

清单 10. 实现 ObjectInputValidation

interface java.io.ObjectInputValidation {

public void validateObject() throws InvalidObjectException;

}

所有验证都应该在 validateObject() 方法中执行。对象还必须调用 ObjectInputStream.RegisterValidation() 方法以为逆序列化对象之后的验证进行注册。 RegisterValidation() 的第一个参数是实现 validateObject() 的对象，通常是对对象自身的引用。注：任何实现 validateObject() 的对象都可能充当对象验证器，但对象通常验证它自己对其它对象的引用。RegisterValidation() 的第二个参数是一个确定回调顺序的整数优先级，优先级数字大的比优先级数字小的先回调。同一优先级内的回调顺序则不确定。

当对象已逆序列化时，ObjectInputStream 按照从高到低的优先级顺序调用每个已注册对象上的 validateObject()。

不要通过名称来比较类

有时候，您可能需要比较两个对象的类，以确定它们是否相同；或者，您可能想看看某个对象是否是某个特定类的实例。因为 JVM 可能包括多个具有相同名称的类（具有相同名称但却在不同包内的类），所以您不应该根据名称来比较类。

影响

如果根据名称来比较类，您可能无意中将您不希望授予别人的权利授予了闯入者的类，因为闯入者可以定义与您的类同名的类。

例如，请假设您想确定某个对象是否是类 com.bar.Foo 的实例。清单 11 演示了完成这一任务的错误方法：

清单 11. 比较类的错误方法

if(obj.getClass().getName().equals("Foo")) // Wrong!

// objects class is named Foo

}else{

// object's class has some other name

}

建议

在那些非得根据名称来比较类的情况下，您必须格外小心，必须确保使用了当前类的 ClassLoader 的当前名称空间，如清单 12 中所示：

清单 12. 比较类的更好方法

if(obj.getClass() == this.getClassLoader().loadClass("com.bar.Foo")){

// object's class is equal to

//the class that this class calls "com.bar.Foo"

}else{

// object's class is not equal to the class that

// this class calls "com.bar.Foo"

}

然而，比较类的更好方法是直接比较类对象看它们是否相等。例如，如果您想确定两个对象 a 和 b 是否属同一个类，那么您就应该使用清单 13 中的代码：

清单 13. 直接比较对象来看它们是否相等

if(a.getClass() == b.getClass()){

// objects have the same class

}else{

// objects have different classes

}

尽可能少用直接名称比较。

不要使用内部类

Java 字节码没有内部类的概念，因为编译器将内部类转换成了普通类，而如果没有将内部类声明为 private，则同一个包内的任何代码恰好能访问该普通类。

影响

因为有这一特性，所以包内的恶意代码可以访问这些内部类。如果内部类能够访问括起外部类的字段，那么情况会变得更糟。可能已经将这些字段声明为 private，这样内部类就被转换成了独立类，但当内部类访问外部类的字段时，编译器就将这些字段从专用（private）的变为在包（package）的作用域内有效的。内部类暴露了已经够糟糕的了，但更糟糕的是编译器使您将某些字段成为 private 的举动成为徒劳。

建议 如果能够不使用内部类就不要使用内部类。

对付低严重性暴露的技巧

请遵循下列建议以避免低严重性静态安全性暴露：

避免返回可变对象

检查本机方法

避免返回可变对象

Java 方法返回对象引用的副本。如果实际对象是可改变的，那么使用这样一个引用调用程序可能会改变它的内容，通常这是我们所不希望见到的。

影响

请考虑这个示例：某个方法返回一个对敏感对象的内部数组的引用，假定该方法的调用程序不改变这些对象。即使数组对象本身是不可改变的，也可以在数组对象以外操作数组的内容，这种操作将反映在返回该数组的对象中。如果该方法返回可改变的对象，那么事情会变得更糟；外部实体可以改变在那个类中声明的 public 变量，这种改变将反映在实际对象中。

清单 14 演示了脆弱性。getExposedObj() 方法返回了 Exposed 对象的引用副本，该对象是可变的：

清单 14. 返回可变对象的引用副本

class Exposed{

private int id;

private String name;

public Exposed(){

}

public Exposed(int id, String name){

this.id = id;

this.name = name;

}

public int getId(){

return id;

}

public String getName(){

return name;

}

public void setId(int id){

this.id=id;

}

public void setName(String name){

this.name = name;

}

public void display(){

System.out.println("Id = "+ id + " Name = "+ name);

}

}

public class Exp12{

private Exposed exposedObj = new Exposed(1,"Harry Porter");

public Exposed getExposedObj(){

return exposedObj; //returns a reference to the object.

}

public static void main(String[] args){

Exp12 exp12 = new Exp12();

exp12.getExposedObj().display();

Exposed exposed = exp12.getExposedObj();

exposed.setId(10);

exposed.setName("Hacker");

exp12.getExposedObj().display();

}

}

建议

如果方法返回可改变的对象，但又不希望调用程序改变该对象，请修改该方法使之不返回实际对象而是返回它的副本或克隆。要改正清单 14 中的代码，请让它返回 Exposed 对象的副本,如清单 15 中所示：

清单 15. 返回可变对象的副本

public Exposed getExposedObj(){

return new Exposed(exposedObj.getId(),exposedObj.getName());

}

或者，您的代码也可以返回 Exposed 对象的克隆。

检查本机方法

本机方法是一种 Java 方法，其实现是用另一种编程语言编写的，如 C 或 C++。有些开发人员实现本机方法，这是因为 Java 语言即使使用即时（just-in-time）编译器也比许多编译过的语言要慢。其它人需要使用本机代码是为了在 JVM 以外实现特定于平台的功能。

影响

使用本机代码时，请小心，因为对这些代码进行验证是不可能的，而且本机代码可能潜在地允许 applet 绕过通常的安全性管理器（Security Manager）和 Java 对设备访问的控制。

建议

如果非得使用本机方法，那么请检查这些方法以确定：

它们返回什么

它们获取什么作为参数

它们是否绕过安全性检查

它们是否是 public、private 等等

它们是否含有绕过包边界从而绕过包保护的方法调用

结束语

编写安全 Java 代码是十分困难的，但本文描述了一些可行的实践来帮您编写安全 Java 代码。这些建议并不能解决您的所有安全性问题，但它们将减少暴露数目。最佳软件安全性实践可以帮助确保软件正常运行。安全至关重要和高可靠系统设计者总是花费大量精力来分析和跟踪软件行为。只有通过将安全性作为至关紧要的系统特性来对待 — 并且从一开始就将它构建到应用程序中，我们才可以避免亡羊补牢似的、修修补补的安全性方法。

参考资料

请通过单击文章顶部或底部的讨论来参加本文的论坛。

了解关于 Java 安全性 API 的更多知识。

developerWorks 安全专题上通常含有有关计算机安全性的优秀资源。

Larry Koved、 Anthony J. Nadalin、Don Neal 和 Tim Lawson 合作编写的 “The evolution of Java security”（developerWorks，1998 年）对 Java 语言的安全性模型早期开发进行了深入探讨。

Sing Li 在他的 Java 安全性系列文章（由两部分组成的）（developerWorks， 2001 年 2 月）中向开发人员显示：尽管社区可能不得不重新考虑 Java 2 中的安全性设计，还是出现了只对开发人员有帮助，可以满足他们的需求的一致的进展：

第一部分

第二部分

John Viega、Tom Mutdosch、 Gary McGraw 和 Ed Felten 合著的 “Statically scanning Java code for security vulnerabilities” （IEEE Software，2000 年 9 月）介绍了一种 Java 工具，可以使用该工具来检查您的 Java 代码中的安全性漏洞。

G. McGraw 和 E. Felten 合作编写的 Securing Java: Getting Down to Business with Mobile Code（John Wiley 和 Sons，1998 年）深入涵盖了 Java 安全性。（文档是 PDF 格式的。）

定期检查 IBM 研究 Java 安全页面以便 IBM 在安全性领域的创新有重要发展时能够跟踪这一创新。

如果您的 Java 代码运行在 S/390 系统上，那么您将需要查阅 S/390 Java 安全页面以获取额外的信息。

关于作者

Bijaya Nanda Sahu 是就职于印度 IBM Global Services 的软件工程师。他从事过各种因特网技术和框架（J2EE、WSBCC、JADE）、 WebSphere 相关技术、UML 和 OOAD 方面的工作。目前，他从事因特网银行安全性问题方面的工作，重点在 WebSphere Application Server 和 Portal Server 上。可以通过 bijaya.sahu@in.ibm点抗 和他联系

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