java - Java中的模数慢吗？

Question

出于好奇，我一直在查看ThreadLocal在JDK中的实现，我发现了这个:

/**
 * Increment i modulo len.
 */
 private static int nextIndex(int i, int len) {
     return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
 }

很明显，这可以通过一个简单的 return (i + 1) % len 来实现，但我认为这些人知道他们的东西。知道他们为什么这样做吗？

这段代码高度面向性能，有一个自定义映射来保存线程本地映射，弱引用帮助GC变得聪明等等，所以我猜这是一个性能问题。 Java 中的模运算速度慢吗？

Answer 1

% 在此示例中出于性能原因而被避免。

div/rem 操作即使在 CPU 架构级别上也较慢；不仅在 Java 中。例如，Haswell 上 idiv 指令的最小延迟约为 10 个周期，而 add 则只有 1 个周期。

让我们使用 JMH 进行基准测试.

import org.openjdk.jmh.annotations.*;

@State(Scope.Benchmark)
public class Modulo {
    @Param("16")
    int len;

    int i;

    @Benchmark
    public int baseline() {
        return i;
    }

    @Benchmark
    public int conditional() {
        return i = (i + 1 < len) ? i + 1 : 0;
    }

    @Benchmark
    public int mask() {
        return i = (i + 1) & (len - 1);
    }

    @Benchmark
    public int mod() {
        return i = (i + 1) % len;
    }
}

结果:

Benchmark           (len)  Mode  Cnt  Score   Error  Units
Modulo.baseline        16  avgt   10  2,951 ± 0,038  ns/op
Modulo.conditional     16  avgt   10  3,517 ± 0,051  ns/op
Modulo.mask            16  avgt   10  3,765 ± 0,016  ns/op
Modulo.mod             16  avgt   10  9,125 ± 0,023  ns/op

如您所见，使用 % 比条件表达式慢约 2.6 倍。 JIT 无法在讨论的 ThreadLocal 代码中自动优化这一点，因为除数 (table.length) 是可变的。