面试题：Java控制流语句性能优化相关

Question

假设在一个循环中频繁使用if - else语句来判断不同条件执行不同逻辑，从性能角度考虑，怎样优化这段代码？如果涉及到多个条件嵌套判断，有什么更好的替代方案，例如使用策略模式如何实现优化，请简述思路和关键代码实现。

Answer 1

优化if - else语句从性能角度的方法

1. 使用switch - case代替简单if - else：
   • 原理：对于基于整数或枚举类型的条件判断，switch - case在大多数编译器中会使用跳转表（jump table）实现，其时间复杂度为O(1)，而if - else链的时间复杂度在最坏情况下为O(n)。
   • 示例：

int num = 2;
switch (num) {
    case 1:
        // 执行逻辑1
        break;
    case 2:
        // 执行逻辑2
        break;
    default:
        // 执行默认逻辑
        break;
}

2. 提前返回或合并条件：
   • 提前返回：将最常出现的条件放在最前面，提前处理并返回，减少不必要的条件判断。
   • 合并条件：如果某些条件可以合并，将其合并为一个条件，减少判断次数。例如：

if (a > 10 && b < 20) {
    // 执行逻辑
}

3. 使用查找表（Lookup Table）：
   • 原理：适用于条件和结果存在对应关系的情况。通过数组或哈希表，以条件为索引直接获取结果，避免条件判断。
   • 示例（Java使用数组作为查找表）：

int[] results = {0, 1, 2, 3}; // 假设条件0 - 3对应不同结果
int condition = 2;
int result = results[condition];

多个条件嵌套判断的替代方案 - 策略模式

1. 思路：
   • 定义策略接口：定义一个接口，该接口包含要执行的方法，不同的具体策略实现这个接口。
   • 创建具体策略类：针对每个不同的条件逻辑，创建具体的策略类，实现策略接口中的方法。
   • 使用上下文类：创建一个上下文类，该类持有一个策略接口的引用，并在其方法中调用策略接口的方法。在运行时，根据不同条件设置不同的具体策略对象给上下文类。
2. 关键代码实现（以Java为例）：
   • 策略接口：

public interface Strategy {
    void execute();
}

• 具体策略类1：

public class ConcreteStrategy1 implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("执行策略1的逻辑");
    }
}

• 具体策略类2：

public class ConcreteStrategy2 implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("执行策略2的逻辑");
    }
}

• 上下文类：

public class Context {
    private Strategy strategy;
    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    public void executeStrategy() {
        strategy.execute();
    }
}

• 使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        boolean condition = true;
        Strategy strategy;
        if (condition) {
            strategy = new ConcreteStrategy1();
        } else {
            strategy = new ConcreteStrategy2();
        }
        Context context = new Context(strategy);
        context.executeStrategy();
    }
}