java - 优化java循环内的空检查？

Question

我正在编写一个算法，其中效率非常重要。有时我也想通过调用一些“回调”函数来跟踪算法行为。假设我的代码如下所示:

public float myAlgorithm(AlgorithmTracker tracker) {
    while (something) { // millions of iterations
        doStuff();
        if (tracker != null) tracker.incrementIterationCount(); // <--- How to run the if only once?
        doOtherStaff();
    }
}

如何防止 if 语句执行一百万次？编译器是否发现 tracker 从未被重新分配？如果第一次检查时为空，则它将始终为空。如果不是，就永远不会。

理想情况下，我想告诉编译器以这样的方式构建我的代码，以便如果 tracker 为空(在运行时)，它将以与

相同的性能运行

    while (something) { // millions of iterations
        doStuff();
        doOtherStaff();
    }

我想到了两种解决方案:

• 我可以编写两个版本的 myAlgorithm，一种包含调用，另一种不包含调用，但这会导致大量代码重复。

• 我可以将 AlgorithmTracker 提取到一个接口(interface)，并使用空函数创建一个假的空跟踪器。不过，我不知道编译器是否会优化调用。

Answer 1

对于大多数 CPU 架构，您不必担心要应用的优化，因为该特定优化是大多数现代 CPU 的一部分。它被称为分支预测，当前的 CPU 在这方面非常擅长。

平均而言，CPU 执行的每 6 条指令就是一个分支，如果对于每个分支，CPU 都必须等待并评估分支条件，则会导致执行速度变慢。

分支预测和推测执行

因此，当面对分支时，在不评估分支条件的情况下，CPU 开始执行(推测执行)一条它认为很可能正确的路径，并在稍后阶段当结果为分支条件成立，CPU 检查是否正在执行正确的路径。

如果CPU选择的路径与分支条件的结果一致，那么CPU就知道它正在执行正确的路径，因此它会以100%的速度继续前进，否则它将不得不刷新它推测执行的所有指令并从正确的路径开始。

但是CPU如何知道选择哪条路径呢？

进入CPU的分支预测器子系统。在其最基本的形式中，它将存储有关分支过去行为的信息，例如，如果某个分支在一段时间内没有被采摘，那么它现在很可能不会被采摘。这是一个简单的解释，真正的分支预测器将非常复杂。

那么这些分支预测器的效果如何？

鉴于分支预测器的核心只是模式匹配机，如果您的分支显示可预测的模式，那么您可以放心分支预测器会正确执行。但是如果您的分支根本没有显示任何模式，那么分支预测器将不会帮助您，最糟糕的是，它会因为所有错误的预测而阻碍您的代码执行。

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您的代码将如何与分支预测器一起工作？

在您的情况下，分支控制变量的值永远不会改变，因此分支要么在循环的每次迭代中被选取，要么永远不会被选取。这清楚地表明了一种即使是最基本的分支预测器也能识别的模式。这意味着您的代码实际上将像条件不存在一样执行，因为在最初几次迭代之后，分支预测器将能够以 100% 的准确度选择路径。

要了解更多信息，请阅读 this太棒了，所以线程

有趣的事实:这种特殊的优化是 CPU 漏洞(例如 Spectre 和 Meltdown)的原因