java - 当 x = 0 时，Java 的 Math.pow(x, 2) 性能不佳-6ren

java - 当 x = 0 时，Java 的 Math.pow(x, 2) 性能不佳

转载作者：塔克拉玛干更新时间：2023-11-03 04:08:19

背景

注意到我正在处理的 Java 程序的执行速度比预期的慢，我决定修改我认为可能导致问题的代码区域 - 调用 Math.pow(x, 2)从 for 循环中。与another questions on this site相反，我创建的一个简单基准测试(最后的代码)发现用 x*x 替换 Math.pow(x, 2) 实际上使循环加速了近 70 倍:

x*x: 5.139383ms
Math.pow(x, 2): 334.541166ms

请注意，我知道该基准并不完美，并且肯定应该对这些值持保留态度 - 基准的目的是获得一个大概的数字。

问题

虽然基准测试给出了有趣的结果，但它并没有准确地对我的数据建模，因为我的数据主要由 0 组成。因此，更准确的测试是在没有标记为可选的 for 循环的情况下运行基准测试。根据 Math.pow() 的 javadoc

If the first argument is positive zero and the second argument is greater than zero, or the first argument is positive infinity and the second argument is less than zero, then the result is positive zero.

所以预计该基准测试会运行得更快，对吧!？然而实际上，这又要慢得多:

x*x: 4.3490535ms
Math.pow(x, 2): 3082.1720006ms

当然，人们可能认为 math.pow() 代码比简单的 x*x 代码运行得慢一点，因为它需要在一般情况下工作，但慢了 700 倍？到底是怎么回事!？为什么 0 的情况比 Math.random() 的情况慢得多？

更新:根据@Stephen C 的建议更新了代码和时间。然而，这没什么区别。

用于基准测试的代码

请注意，重新排序两个测试的差异可以忽略不计。

public class Test {
    public Test(){
        int iterations = 100;
        double[] exampleData = new double[5000000];
        double[] test1Results = new double[iterations];
        double[] test2Results = new double[iterations];

        //Optional
        for (int i = 0; i < exampleData.length; i++) {
            exampleData[i] = Math.random();
        }

        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            test1Results[i] = test1(exampleData);
            test2Results[i] = test2(exampleData);
        }
        System.out.println("x*x: " + calculateAverage(test1Results) / 1000000 + "ms");
        System.out.println("Math.pow(x, 2): " + calculateAverage(test2Results) / 1000000 + "ms");
    }

    private long test1(double[] exampleData){
        double total = 0;
        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.nanoTime();
        for (int j = 0; j < exampleData.length; j++) {
            total += exampleData[j] * exampleData[j];
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println(total);
        return endTime - startTime;
    }

    private long test2(double[] exampleData){
        double total = 0;
        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.nanoTime();
        for (int j = 0; j < exampleData.length; j++) {
            total += Math.pow(exampleData[j], 2);
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println(total);
        return endTime - startTime;
    }

    private double calculateAverage(double[] array){
        double total = 0;
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            total += array[i];
        }
        return total/array.length;
    }

    public static void main(String[] args){
        new Test();
    }
}