java - Java 中提供编译时代码变体的任何机制？

Question

我正在为 Java 中的数据结构编写一组可视化界面。这个想法是，这些类应该是算法的高性能实现，但带有嵌入式 Hook ，以便可以交互地显示算法。

这样做的原因有很多，但如果您接受这个请求的表面值(value)，我想在算法中间嵌入调用以识别刚刚完成的特定小节。例如，一次排序算法。

我希望图书馆既高效又允许这样做。在 C++ 中，我会插入两个不同的模板或使用条件编译，并且可以合理地生成两个版本的代码。有什么办法可以在 Java 中实现这一点？我希望其他人可以想出一个，因为我做不到。

快讯。我试过这段实际代码。

对于 n=100,000，将 VISUALIZE 作为静态变量但不是最终变量时，插入排序大约需要 9800 毫秒，而将其注释掉时大约需要 3100 毫秒。所以性能损失是 Not Acceptable 。

可视化为 static final 时，优化器确实会检测到它并将其删除，但鉴于它是 final，我能用它做什么呢？我无法动态打开和关闭可视化!

public class TestSort {
    private static boolean VISUALIZE = false; 
    private static ArrayObserver ao;
    public static void insertionSort(int[] x) {
        for (int i = 1; i < x.length; i++) {
            int temp = x[i];
            int j = i - 1;
            if (x[j] > temp) {
                do {    
                    x[j+1] = x[j];
/*              if (VISUALIZE) {
                        ao.compare(i-1, i);
            ao.copy(i-1, i);
            }*/
                } while (--j >= 0 && x[j] > temp);
                x[j+1] = temp;
            }
        }
    }
    static Random r = new Random();
    static int[] createRandomArray(int n) {
    int[] x = new int[n];
    for (int i = 0; i < x.length; i++)
        x[i] = r.nextInt(100);
        return x;
    }
    static void display(int[] x) {
    for (int i = 0; i < x.length; i++)
        System.out.print(x[i] + " ");
        System.out.println();
    }
    public static void main(String args[]) {
    //int[] x = {9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};
    int [] x = createRandomArray(100000);
    ao = new ArrayObserver(x);
    if (x.length < 20) display(x);
    long t0 = System.currentTimeMillis();
    insertionSort(x);
    long t1 = System.currentTimeMillis();
    if (x.length < 20) display(x);
    System.out.println(t1-t0);  
    }
}

Answer 1

我想你有几个选择:

• 对 static final 常量(例如 boolean 值)进行测试，该常量有条件地执行可视化界面代码。当您将常量设置为“关闭”时，JVM 将消除死代码，并且您的代码将得到全面优化。当然，缺点是您只能在编译时切换它，但如果您真的想构建库的两个副本，这可能没问题。
• 向确定是否调用可视化界面的函数添加一个额外参数，并在您的算法中根据需要对其进行测试。这将增加少量的运行时开销，但很可能是可以接受的。我建议你对此进行基准测试，根据我的经验，虽然对局部变量的此类测试通常足够便宜，你可以摆脱它(就 CPU 而言，可能只是一个寄存器测试，它可能比成本更便宜对 int[] 数组的单个内存访问......)
• 使用更高级别/元语言来表达算法，并使用代码生成技术来生成您需要的实际代码(有或没有)。例如，我在 Clojure 中做过类似的事情。也可以选择使用 ASM 等工具直接生成字节码(如果您只关心执行，不需要 Java 源代码)。
• 使用文本预处理器。它应该可以很好地生成 Java 代码(就像生成 C/C++ 一样)，尽管这不是一种常见的方法，而且您可能会发现它有点脆弱。您可能需要做一些聪明的事情，例如在文件系统中生成不同的类名等。