java - 对于循环性能: counters with same value vs.不同的值

Question

我有一个带有2个计数器的循环:i和j。如果它们具有相同的值-迭代比它们的值不同要快得多:

Benchmark                     Mode  Cnt       Score      Error  Units
FloatsArrayBenchmark.times   thrpt   20  341805.800 ± 1623.320  ops/s
FloatsArrayBenchmark.times2  thrpt   20  198764.909 ± 1608.387  ops/s

Java字节码是相同的，这意味着它与一些较低级别的优化有关。有人可以解释为什么会这样吗？这是基准:

import org.openjdk.jmh.annotations.*;

public class FloatsArrayBenchmark {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        org.openjdk.jmh.Main.main(new String[]{FloatsArrayBenchmark.class.getSimpleName()});
    }

    @Benchmark @Fork(value = 1, warmups = 0)
    public void times(Data data) {
        float[] result = new float[10000];;
        for (int i = 0, j=0; i < 9_999; i++,j++)
            result[j] = data.floats[i] * 10;
    }
    @Benchmark @Fork(value = 1, warmups = 0)
    public void times2(Data data) {
        float[] result = new float[10000];
        for (int i = 0,j=1; i < 9_999; i++,j++)
            result[j] = data.floats[i] * 10;
    }

    @State(Scope.Benchmark)
    public static class Data {
        private final float[] floats = new float[10000];
    }
}

环境:

MacOS，尝试使用Java8，Java11，Java14

2,4 GHz四核Intel Core i5

Answer 1

在第一个(更快)版本中，i始终(有效)与j具有相同的值，因此:

public void times(Data data) {
    float[] result = new float[10000];;
    for (int i=0, j=0; i < 9_999; i++,j++)
        result[j] = data.floats[i] * 10;
}

可以不用j重写而具有相同的效果:

public void times(Data data) {
    float[] result = new float[10000];;
    for (int i = 0; i < 9_999; i++)
        result[i] = data.floats[i] * 10;
}

编译器很可能认识到j是多余的并已将其消除，导致执行的++操作数量减少了一半，占所有算术操作的1/3。这与时间一致:第二个版本每次迭代花费70％的时间。 70％大约是50％，以3:2的比例进行操作时，预期会得到该结果。