java - 哪个迭代数组的习惯用法最有效？

Question

Java 5 为我们提供了 for-each 循环，应尽可能使用它。

但是如果你需要在 block 中使用数组的索引，最有效的习惯用法是什么？

// Option (1)
for (int i = array.length - 1; i >= 0; i--) {
    // Code.
}

// Option (2)
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    // Code.
}

// Option (3)
for (int i = 0, n = array.length; i < n; i++) {
    // Code.
}

(显然，这在大多数程序中不会产生很大的性能差异，但请原谅我。):-)

1. 向后循环并且很丑陋。甚至缓存不友好？还是现代处理器可以检测内存中的后退？

2. 更短，我可以看到 JIT 编译器如何确定 array 永远不会改变，因此 length 是常量，所以它基本上可以用 ( 3).但它这样做了吗？ (假设 JVM 是 Oracle 的 Hotspot/Java 7。)

3. 由 Joshua Bloch 在 Effective Java 的第 45 项中建议作为最快的选择，如果它是一些 Collection.size() 这是上限。但它也适用于数组吗？从字节码(见下文)我可以看到每个周期(预优化)保存一条 arraylength 指令。

This question关于 Dalvik 虚拟机中的 for 循环，将 (1)-(3) 列为最快到最慢。然而，这些信息是 2008 年的，今天的 Dalvik 已经成熟得多，所以我不认为情况仍然如此。

看上面例子生成的字节码，有明显的区别:

Compiled from "ForLoops.java"
public class ForLoops extends java.lang.Object{
static int[] array;

public ForLoops();
  Code:
   0:   aload_0
   1:   invokespecial   #10; //Method java/lang/Object."<init>":()V
   4:   return

public static void forLoop1();
  Code:
   0:   getstatic   #17; //Field array:[I
   3:   arraylength
   4:   iconst_1
   5:   isub
   6:   istore_0
   7:   goto    13
   10:  iinc    0, -1
   13:  iload_0
   14:  ifge    10
   17:  return

public static void forLoop2();
  Code:
   0:   iconst_0
   1:   istore_0
   2:   goto    8
   5:   iinc    0, 1
   8:   iload_0
   9:   getstatic   #17; //Field array:[I
   12:  arraylength
   13:  if_icmplt   5
   16:  return

public static void forLoop3();
  Code:
   0:   iconst_0
   1:   istore_0
   2:   getstatic   #17; //Field array:[I
   5:   arraylength
   6:   istore_1
   7:   goto    13
   10:  iinc    0, 1
   13:  iload_0
   14:  iload_1
   15:  if_icmplt   10
   18:  return

}

Answer 1

您可以轻松地自己测试一下；如果你这样做，你应该看看 these tips about performance testing来自 HotSpot 创作者自己。 This answer也可能有用。如果您决定测试这些实现，请告诉我们您的发现!

不过，总的来说，你不应该太担心这些事情。相反，专注于编写可读代码并完成任务。大多数时候，您会发现您的代码运行速度足够快，无需任何“技巧”。现代硬件非常快，而且 JIT 也非常好。

如果您确实发现您的代码运行速度太慢，请先分析，然后再优化。其他任何事情都为时过早。请记住，来自一个比我们任何人都聪明的人:

"Premature optimization is the root of all evil." -- Donald Knuth

编辑:从“我应该如何编写代码？”的角度来看，您似乎对此不太感兴趣。更就思想实验而言，我期望所有这些选项以或多或少相同的速度运行。

这些循环中没有一个可能会调整分支预测器(无论如何对于合理大小的数组)。我期望底层 JIT 将任何重复出现的数组长度引用从 (2) 样式转换为 (3) 样式。在所有条件相同的情况下，(1) 的缓存性能并不比 (2) 或 (3) 差，仅仅是因为它向后运行；对于给定的数组，相同的缓存行将被加载和命中(或未命中)的频率相同。

当然，我的期望是无关紧要的。唯一知道的方法就是测试!但是，在测试时，请记住 writing good microbenchmarks is hard .