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我在这里看到了很多关于 Java lambda 性能的问题,但大多数都是这样的:“Lambda 稍快一些,但使用闭包时会变慢”或“预热与执行时间不同”或其他类似的问题事情。
但是,我在这里遇到了一件相当奇怪的事情。考虑this LeetCode problem :
Given a set of non-overlapping intervals, insert a new interval intothe intervals (merge if necessary).
You may assume that the intervals were initially sorted according totheir start times.
这个问题被标记为“硬”,所以我认为线性方法不是他们想要的。因此,我决定想出一种巧妙的方法,将二分搜索与对输入列表的修改结合起来。现在修改输入列表的问题不是很清楚——它说“插入”,尽管签名要求返回对列表的引用,但现在不用介意。这是完整的代码,但只有前几行与这个问题相关。我将其余部分保留在这里,以便任何人都可以尝试:
public List<Interval> insert(List<Interval> intervals, Interval newInterval) {
int start = Collections.binarySearch(intervals, newInterval,
(i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start));
int skip = start >= 0 ? start : -start - 1;
int end = Collections.binarySearch(intervals.subList(skip, intervals.size()),
new Interval(newInterval.end, 0),
(i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start));
if (end >= 0) {
end += skip; // back to original indexes
} else {
end -= skip; // ditto
}
int newStart = newInterval.start;
int headEnd;
if (-start - 2 >= 0) {
Interval prev = intervals.get(-start - 2);
if (prev.end < newInterval.start) {
// the new interval doesn't overlap the one before the insertion point
headEnd = -start - 1;
} else {
newStart = prev.start;
headEnd = -start - 2;
}
} else if (start >= 0) {
// merge the first interval
headEnd = start;
} else { // start == -1, insertion point = 0
headEnd = 0;
}
int newEnd = newInterval.end;
int tailStart;
if (-end - 2 >= 0) {
// merge the end with the previous interval
newEnd = Math.max(newEnd, intervals.get(-end - 2).end);
tailStart = -end - 1;
} else if (end >= 0) {
newEnd = intervals.get(end).end;
tailStart = end + 1;
} else { // end == -1, insertion point = 0
tailStart = 0;
}
intervals.subList(headEnd, tailStart).clear();
intervals.add(headEnd, new Interval(newStart, newEnd));
return intervals;
}
这个方法运行良好并被接受,但运行时间为 80 毫秒,而大多数解决方案为 4-5 毫秒,有些为 18-19 毫秒。当我查找它们时,它们都是线性的并且非常原始。人们不会期望从标记为“困难”的问题中得到什么。
但问题来了:我的解决方案在最坏情况下也是线性的(因为添加/清除操作是线性时间)。为什么那么慢?然后我这样做了:
Comparator<Interval> comparator = new Comparator<Interval>() {
@Override
public int compare(Interval i1, Interval i2) {
return Integer.compare(i1.start, i2.start);
}
};
int start = Collections.binarySearch(intervals, newInterval, comparator);
int skip = start >= 0 ? start : -start - 1;
int end = Collections.binarySearch(intervals.subList(skip, intervals.size()),
new Interval(newInterval.end, 0),
comparator);
从 80 毫秒降至 4 毫秒!这里发生了什么?不幸的是,我不知道 LeetCode 运行什么样的测试或在什么环境下运行,但是 20 倍不是太多了吗?
最佳答案
您显然遇到了 lambda 表达式的首次初始化开销。正如评论中已经提到的,lambda 表达式的类是在运行时生成的,而不是从类路径加载的。
但是,生成并不是减速的原因。毕竟,生成具有简单结构的类甚至比从外部源加载相同字节还要快。并且内部类也必须被加载。但是,当应用程序以前没有使用过 lambda 表达式时,甚至必须加载用于生成 lambda 类的框架(Oracle 当前的实现在幕后使用 ASM)。这是十几个内部使用的类的加载和初始化速度减慢的实际原因,而不是 lambda 表达式本身²。
您可以轻松验证这一点。在当前使用 lambda 表达式的代码中,有两个相同的表达式 (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start)
。当前的实现无法识别这一点(实际上,编译器也不提供提示)。因此,这里生成了两个具有不同类的 lambda 实例。您可以重构代码,使其只有一个比较器,类似于您的内部类变体:
final Comparator<? super Interval> comparator
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
int start = Collections.binarySearch(intervals, newInterval, comparator);
int skip = start >= 0 ? start : -start - 1;
int end = Collections.binarySearch(intervals.subList(skip, intervals.size()),
new Interval(newInterval.end, 0),
comparator);
您不会注意到任何显着的性能差异,因为重要的不是 lambda 表达式的数量,而是框架的类加载和初始化,这只会发生一次。
您甚至可以通过插入额外的 lambda 表达式来最大化它,例如
final Comparator<? super Interval> comparator1
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
final Comparator<? super Interval> comparator2
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
final Comparator<? super Interval> comparator3
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
final Comparator<? super Interval> comparator4
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
final Comparator<? super Interval> comparator5
= (i1, i2) -> Integer.compare(i1.start, i2.start);
没有看到任何放缓。这实际上是您在这里注意到的整个运行时的第一个 lambda 表达式的初始开销。由于 Leetcode 本身在输入代码之前显然不使用 lambda 表达式,代码的执行时间会被测量,因此此开销会增加您的执行时间。
另请参阅“How will Java lambda functions be compiled?”和 “Does a lambda expression create an object on the heap every time it's executed?”
这意味着在将控制权移交给应用程序之前执行的 JDK 代码本身不使用 lambda 表达式。由于此代码源于 lambda 表达式引入之前的时代,因此通常是这种情况。使用较新的 JDK,模块化软件将由不同的较新代码进行初始化,这些代码似乎使用 lambda 表达式,因此在这些设置中,无法再在应用程序内测量运行时设施的初始化。² 在较新的 JDK 中,初始化时间已显着减少。有不同的可能原因、一般性能改进、专用 lambda 优化或两者兼而有之。一般来说,改进初始化时间是 JDK 开发人员没有忘记的一个问题。
关于Java lambda 比匿名类慢 20 倍,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/57898526/
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