Android(Dalvik)成员变量访问性能

Question

我刚刚做了一个基准测试来比较局部变量、成员变量、其他对象的成员变量和getter setter 的访问性能。基准测试在循环中增加了 10 次 mio 迭代的变量。这是输出:

BENCHMARK:本地101家，成员(member)1697家，外籍成员(member)151家，getter setter 268家

这是在摩托罗拉 XOOM 平板电脑和 Android 3.2 上完成的。这些数字是执行时间的毫秒数。谁能向我解释成员变量的偏差？特别是与其他对象的成员变量相比时。基于这些数字，在计算中使用它们的值之前，将成员变量复制到局部变量似乎是值得的。顺便说一句，我在 HTC One X 和 Android 4.1 上进行了相同的基准测试，结果显示出相同的偏差。

这些数字是否合理，或者是否存在我遗漏的系统错误？

这是基准函数:

private int mID;

public void testMemberAccess() {
    // compare access times for local variables, members, members of other classes
    // and getter/setter functions
    final int numIterations = 10000000;
    final Item item = new Item();
    int i = 0;

    long start = SystemClock.elapsedRealtime(); 
    for (int k = 0; k < numIterations; k++) {
        mID++;
    }
    long member = SystemClock.elapsedRealtime() - start;

    start = SystemClock.elapsedRealtime(); 
    for (int k = 0; k < numIterations; k++) {
        item.mID++;
    }
    long foreignMember = SystemClock.elapsedRealtime() - start;

    start = SystemClock.elapsedRealtime(); 
    for (int k = 0; k < numIterations; k++) {
        item.setID(item.getID() + 1);

    }
    long getterSetter = SystemClock.elapsedRealtime() - start;

    start = SystemClock.elapsedRealtime(); 
    for (int k = 0; k < numIterations; k++) {
        i++;
    }
    long local = SystemClock.elapsedRealtime() - start;

    // just make sure nothing loops aren't optimized away?
    final int dummy = item.mID + i + mID;  
    Log.d(Game.ENGINE_NAME, String.format("BENCHMARK: local %d, member %d, foreign member %d, getter setter %d, dummy %d",
            local, member, foreignMember, getterSetter, dummy));
}

编辑:
我将每个循环放在一个函数中并随机调用它们 100 次。结果:BENCHMARK:本地100，成员(member)168，国外成员(member)190，getter setter 271看起来不错，谢谢。外部对象是作为最终类成员创建的，而不是在函数内部。

Answer 1

嗯，我会说 Dalvik VM 的优化器非常聪明 ;-) 我知道 Dalvik VM 是基于寄存器的。我不知道 Dalvik VM 的内部结构，但我假设正在发生以下情况(或多或少):

在local 的情况下，您在循环内递增方法局部变量。优化器认识到在循环完成之前不会访问此变量，因此可以使用寄存器并在那里应用增量直到循环完成，然后将值存储回局部变量。这会产生:1 次提取、10000000 次寄存器增量和 1 次存储。

在成员 的情况下，您在循环内递增成员变量。优化器无法确定在循环运行时成员变量是否被访问(通过另一个方法、对象或线程)，因此它被迫在每次循环迭代中获取、递增并将值存储回成员变量。这会产生:10000000 次提取、10000000 次增量和 10000000 次存储操作。

在外部成员 的情况下，您在循环内递增对象的成员变量。您已经在方法中创建了该对象。优化器认识到在循环完成之前不能(通过另一个对象、方法或线程)访问该对象，因此可以使用寄存器并在那里应用增量直到循环完成，然后将值存储回外部成员变量.这会产生:1 次提取、10000000 次寄存器增量和 1 次存储。

在 getter/setter 情况下，我将假设编译器和/或优化器足够聪明，可以“内联”getter/setter(即:它并没有真正生成方法调用 - 它将 item.setID(item.getID() + 1) 替换为 item.mID = item.mID + 1)。优化器识别出您正在循环内递增对象的成员变量。您已经在方法中创建了该对象。优化器认识到在循环完成之前不能(通过另一个对象、方法或线程)访问该对象，因此它可以使用寄存器并在那里应用增量直到循环完成，然后将值存储回外部成员多变的。这会产生:1 次提取、10000000 次寄存器增量和 1 次存储。

我真的无法解释为什么 getter/setter 时间是 foreign member 时间的两倍，但这可能是由于优化器计算时间出来，或者别的什么。

一个有趣的测试是将外部对象的创建从方法中移出，看看是否有任何改变。尝试移动这条线:

final Item item = new Item();

在方法之外(即:将其声明为某个对象的私有(private)成员变量)。我猜性能会差很多。

免责声明:我不是 Dalvik 工程师。