java - 有没有办法在不初始化的情况下创建原始数组？

Question

正如我们所知，Java 总是在创建数组时对其进行初始化。 IE。 new int[1000000] 总是返回一个所有元素都为 0 的数组。我知道这对于对象数组来说是必须的，但对于原始数组( boolean 数组除外)在大多数情况下我们并不关心关于初始值。

有人知道避免这种初始化的方法吗？

Answer 1

我做了一些调查。在 Java 中没有合法的方法来创建未初始化的数组。甚至 JNI NewXxxArray 也会创建初始化数组。所以不可能确切知道数组归零的成本。尽管如此，我还是做了一些测量:

1) 创建不同数组大小的 1000 字节数组

        long t0 = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < 1000; i++) {
//          byte[] a1 = new byte[1];
            byte[] a1 = new byte[1000000];
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis() - t0);

在我的 PC 上，字节 [1] 的时间小于 1 毫秒，字节 [1000000] 的时间约为 500 毫秒。听起来让我印象深刻。

2) 我们在 JDK 中没有用于填充数组的快速( native )方法，Arrays.fill 太慢了，所以让我们至少看看使用 native System.arraycopy 复制 1,000,000 个大小的数组需要多少 1000 次

    byte[] a1 = new byte[1000000];
    byte[] a2 = new byte[1000000];
    for(int i = 0; i < 1000; i++) {
        System.arraycopy(a1, 0, a2, 0, 1000000);
    }

是 700 毫秒。

它让我有理由相信 a) 创建长数组很昂贵 b) 由于无用的初始化，它似乎很昂贵。

3) 让我们采用 sun.misc.Unsafe http://www.javasourcecode.org/html/open-source/jdk/jdk-6u23/sun/misc/Unsafe.html .它可以防止外部使用，但不会过多

    Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
    f.setAccessible(true);
    Unsafe unsafe = (Unsafe)f.get(null);

这里是内存分配测试的开销

    for(int i = 0; i < 1000; i++) {
        long m = u.allocateMemory(1000000);
    }

如果您还记得的话，它花费了 < 1 毫秒，对于新字节 [1000000] 花费了 500 毫秒。

4) Unsafe 没有直接的方法来处理数组。它需要知道类字段，但反射显示数组中没有字段。关于数组内部的信息不多，我猜它是特定于 JVM/平台的。然而，与任何其他 Java 对象一样，它是 header + 字段。在我的 PC/JVM 上它看起来像

header - 8 bytes
int length - 4 bytes
long bufferAddress - 8 bytes

现在，我将使用 Unsafe 创建 byte[10]，分配一个 10 字节的内存缓冲区并将其用作数组的元素:

    byte[] a = new byte[10];
    System.out.println(Arrays.toString(a));
    long mem = unsafe.allocateMemory(10);
    unsafe.putLong(a, 12, mem);
    System.out.println(Arrays.toString(a));

它打印

[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[8, 15, -114, 24, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

你可以看到数组的数据没有被初始化。

现在我将更改我们的数组长度(尽管它仍然指向 10 字节内存)

    unsafe.putInt(a, 8, 1000000);
    System.out.println(a.length);

它显示 1000000。这只是为了证明这个想法可行。

现在进行性能测试。我将创建一个空字节数组 a1，分配一个 1000000 字节的缓冲区，将此缓冲区分配给 a1 并设置 a1.length = 10000000

    long t0 = System.currentTimeMillis();
    for(int i = 0; i < 1000; i++) {
        byte[] a1 = new byte[0];
        long mem1 = unsafe.allocateMemory(1000000);
        unsafe.putLong(a1, 12, mem);
        unsafe.putInt(a1, 8, 1000000);
    }
    System.out.println(System.currentTimeMillis() - t0);

需要 10 毫秒。

5) C++中有malloc和alloc，malloc只是分配内存块，calloc也用零初始化。

cpp

...
JNIEXPORT void JNICALL Java_Test_malloc(JNIEnv *env, jobject obj, jint n) {
     malloc(n);
} 

java

private native static void malloc(int n);

for (int i = 0; i < 500; i++) {
    malloc(1000000);
}

结果 malloc - 78 毫秒； calloc - 468 毫秒

结论

1. Java 数组创建似乎很慢，因为无用的元素归零。

2. 我们无法更改它，但 Oracle 可以。无需更改 JLS 中的任何内容，只需将本地方法添加到 java.lang.reflect.Array 中即可

   public static native xxx[] newUninitialziedXxxArray(int size);

对于所有原始数字类型(byte - double)和 char 类型。它可以在整个 JDK 中使用，就像在 java.util.Arrays 中一样

    public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
        int[] copy = Array.newUninitializedIntArray(newLength);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));
        ...

或java.lang.String

   public String concat(String str) {
        ...   
        char[] buf = Array.newUninitializedCharArray(count + otherLen);
        getChars(0, count, buf, 0);
        ...