java - Java 直接数组索引访问与 for 循环访问之间的性能差异

Question

我正在试验谓词。我试图实现用于在分布式系统中序列化问题的谓词。我写了一个简单的例子，其中测试函数只返回 true。我在测量开销时，偶然发现了这个有趣的问题。与直接访问相比，在 for 循环中访问数组要慢 10 倍。

class Test {
    public boolean test(Object o) { return true; }
}

long count = 1000000000l;
Test[] test = new Test[3];
test[0] = new Test();
test[1] = new Test();
test[2] = new Test();
long milliseconds = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i < count; i++){
    boolean result = true;
    Object object = new Object();
    for(int j = 0; j < test.length; j++){
        result = result && test[j].test(object);
    }
}
System.out.println((System.currentTimeMillis() - milliseconds));

However, the following code is almost 10 times faster. What can be the reason?

milliseconds = System.currentTimeMillis();
for(int i=0 ; i < count; i++) {
    Object object = new Object();
    boolean result = test[0].test(object) && test[1].test(object) && test[2].test(object);
}
System.out.println((System.currentTimeMillis() - milliseconds));

我的 i5 上的基准测试结果。

• for 循环访问 4567 毫秒

• 直接访问 297 毫秒

Answer 1

由于 test(Object o) 的可预测结果，编译器能够非常有效地优化第二段代码。第一段代码中的第二个循环使这种优化变得不可能。

将结果与以下 Test 类进行比较:

static class Test {
    public boolean test(Object o) {
        return Math.random() > 0.5;
    }
}  

...和循环:

    long count = 100000000l;
    Test[] test = new Test[3];
    test[0] = new Test();
    test[1] = new Test();
    test[2] = new Test();

    long milliseconds = System.currentTimeMillis();

    for(int i = 0; i < count; i++){
        boolean result = true;
        Object object = new Object();
        for(int j = 0; j < test.length; j++){
            result = result && test[j].test(object);
        }
    }

    System.out.println((System.currentTimeMillis() - milliseconds));
    milliseconds = System.currentTimeMillis();

    for(int i=0 ; i < count; i++) {
        Object object = new Object();
        boolean result = test[0].test(object) && test[1].test(object) && test[2].test(object);
    }

    System.out.println((System.currentTimeMillis() - milliseconds));

现在两个循环几乎需要相同的时间:

run:
3759
3368
BUILD SUCCESSFUL (total time: 7 seconds)

附注: 查看 this article有关 JIT 编译器优化的更多信息。