java不可变类慢得多

Question

我需要一些 Complex 数学库，所以我在使用不可变 Complex 的库和使用可变 Complex 的库之间犹豫不决。显然，我希望计算运行得相当快(除非它会破坏可读性等)。

所以我创建了可变速度与不可变速度的简单测试:

final class MutableInt {
    private int value;

    public int getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(int value) {
        this.value = value;
    }

    public MutableInt() {
        this(0);
    }

    public MutableInt(int value) {
        this.value = value;
    }   
}

final class ImmutableInt {
    private final int value;

    public ImmutableInt(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int getValue() {
        return value;
    }
}

public class TestImmutableSpeed {

    static long testMutable(final int arrLen) {
        MutableInt[] arrMutable = new MutableInt[arrLen];
        for (int i = 0; i < arrMutable.length; ++i) {
            arrMutable[i] = new MutableInt(i);
            for (int j = 0; j < arrMutable.length; ++j) {
                arrMutable[i].setValue(arrMutable[i].getValue() + j);
            }
        }
        long sumMutable = 0;
        for (MutableInt item : arrMutable) {
            sumMutable += item.getValue();
        }
        return sumMutable;
    }

    static long testImmutable(final int arrLen) {
        ImmutableInt[] arrImmutable = new ImmutableInt[arrLen];
        for (int i = 0; i < arrImmutable.length; ++i) {
            arrImmutable[i] = new ImmutableInt(i);
            for (int j = 0; j < arrImmutable.length; ++j) {
                arrImmutable[i] = new ImmutableInt(arrImmutable[i].getValue() + j);
            }
        }
        long sumImmutable = 0;
        for (ImmutableInt item : arrImmutable) {
            sumImmutable += item.getValue();
        }
        return sumImmutable;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final int arrLen = 1<<14;

        long tmStart = System.nanoTime();
        System.out.println("sum = " + testMutable(arrLen));
        long tmMid = System.nanoTime();
        System.out.println("sum = " + testImmutable(arrLen));
        long tmEnd = System.nanoTime();

        System.out.println("speed comparison mutable vs immutable:");
        System.out.println("mutable   " + (tmMid - tmStart)/1000000 + " ms");
        System.out.println("immutable " + (tmEnd - tmMid)/1000000 + " ms");
    }
}

如果测试运行得太慢/太快，您可以调整数组的大小。

我运行:-server -Xms256m -XX:+AggressiveOpts我得到:

sum = 2199023247360sum = 2199023247360speed comparison mutable vs immutable:mutable   102 msimmutable 1506 ms

问题:我是否遗漏了一些优化参数，或者不可变版本是否慢了 15 倍？

如果是，为什么会有人编写其中包含不可变类 Complex 的数学库？不可变只是“花哨”但没用吗？

我知道不可变类作为 HashMap 键更安全，或者不能有竞争条件，但这是特殊情况，可以在没有不可变性的情况下处理。

编辑:按照一个答案的建议，我用卡尺重新运行了这个微基准测试，它运行速度慢了 12 倍，而不是 15 倍，仍然是相同的点。更改了 Caliper 基准测试的代码:

import com.google.caliper.Runner;import com.google.caliper.SimpleBenchmark;final class MutableInt {    private int value;    public int getValue() {        return value;    }    public void setValue(int value) {        this.value = value;    }    public MutableInt() {        this(0);    }    public MutableInt(int value) {        this.value = value;    }   }final class ImmutableInt {    private final int value;    public ImmutableInt(int value) {        this.value = value;    }    public int getValue() {        return value;    }}public class TestImmutableSpeed extends SimpleBenchmark {    static long testMutable(final int arrLen) {        MutableInt[] arrMutable = new MutableInt[arrLen];        for (int i = 0; i 

卡尺的输出:

 0% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Mutable, type=-server, minMemory=-Xms256m, optimizations=-XX:+AggressiveOpts} 91614044.60 ns; ?=250338.20 ns @ 3 trials50% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Immutable, type=-server, minMemory=-Xms256m, optimizations=-XX:+AggressiveOpts} 1108057922.00 ns; ?=3920760.98 ns @ 3 trialsbenchmark     ms linear runtime  Mutable   91.6 ==Immutable 1108.1 ==============================

请注意，在没有优化参数的情况下，Caliper 的 JVM 输出是:

 0% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Mutable} 516562214.00 ns; ?=623120.57 ns @ 3 trials50% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Immutable} 1706758503.00 ns; ?=5842389.60 ns @ 3 trialsbenchmark   ms linear runtime  Mutable  517 =========Immutable 1707 ==============================

如此糟糕的参数使两个版本都变慢，但比率没那么糟糕(但不重要，仍然)。

Answer 1

这很有趣。好吧，首先，这不是一个公平的测试；当你这样做时，你并没有预热 JVM。基准测试通常很难进行。我重构了您的代码以使用 Google Caliper ，得到了相似但不同的结果；不可变类只慢了 3 倍。还不确定为什么。无论如何，这是到目前为止的工作:

TestImmutableSpeed.java

import com.google.caliper.Runner;
import com.google.caliper.SimpleBenchmark;

public class TestImmutableSpeed {
    static final class MutableInt {
        private int value;

        public int getValue() {
            return value;
        }

        public void setValue(int value) {
            this.value = value;
        }

        public MutableInt() {
            this(0);
        }

        public MutableInt(int value) {
            this.value = value;
        }   
    }

    static final class ImmutableInt {
        private final int value;

        public ImmutableInt(int value) {
            this.value = value;
        }

        public int getValue() {
            return value;
        }
    }

    public static class TestBenchmark extends SimpleBenchmark {
        public void timeMutable(final int arrLen) {
            MutableInt[] arrMutable = new MutableInt[arrLen];
            for (int i = 0; i < arrMutable.length; ++i) {
                arrMutable[i] = new MutableInt(i);
                for (int j = 0; j < arrMutable.length; ++j) {
                    arrMutable[i].setValue(arrMutable[i].getValue() + j);
                }
            }
            long sumMutable = 0;
            for (MutableInt item : arrMutable) {
                sumMutable += item.getValue();
            }
            System.out.println(sumMutable);
        }

        public void timeImmutable(final int arrLen) {
            ImmutableInt[] arrImmutable = new ImmutableInt[arrLen];
            for (int i = 0; i < arrImmutable.length; ++i) {
                arrImmutable[i] = new ImmutableInt(i);
                for (int j = 0; j < arrImmutable.length; ++j) {
                    arrImmutable[i] = new ImmutableInt(arrImmutable[i].getValue() + j);
                }
            }
            long sumImmutable = 0;
            for (ImmutableInt item : arrImmutable) {
                sumImmutable += item.getValue();
            }
            System.out.println(sumImmutable);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Runner.main(TestBenchmark.class, new String[0]);
    }
}

卡尺输出

 0% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Immutable} 78574.05 ns; σ=21336.61 ns @ 10 trials
 50% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Mutable} 24956.94 ns; σ=7267.78 ns @ 10 trials

 benchmark   us linear runtime
 Immutable 78.6 ==============================
   Mutable 25.0 =========

 vm: java
 trial: 0

字符串更新

所以我考虑得更多，决定尝试将包装类从 int 更改为对象，在本例中为 String。将静态类更改为 String，并使用 Integer.valueOf(i).toString() 加载字符串，而不是将它们添加到 中StringBuilder，我得到了这些结果:

 0% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Immutable} 11034616.91 ns; σ=7006742.43 ns @ 10 trials
50% Scenario{vm=java, trial=0, benchmark=Mutable} 9494963.68 ns; σ=6201410.87 ns @ 10 trials

benchmark    ms linear runtime
Immutable 11.03 ==============================
  Mutable  9.49 =========================

vm: java
trial: 0

但是，我认为在这种情况下，差异主要在于必须发生的所有数组复制，而不是它使用 String 的事实。