Java乘法优化

Question

我目前正在编写的代码将有成千上万次迭代，并想知道现代Java编译器在优化时是否会自动处理中间值转换为汇编语言。例如，在循环中我有以下代码（简化）：

arrayA[i] += doubleA*doubleB;
arrayB[i] += doubleA*doubleB;

现代Java编译器是否足够“智能”，可以将doubleA*doubleB存储到乘法寄存器中（然后在第二个数组中继续从乘法寄存器中读取，避免第二次浮点运算）？还是说我最好采用以下方法：

double product = doubleA*doubleB;
arrayA[i] += product;
arrayB[i] += product;

对于第二个选项，我主要关注的是Java的垃圾收集器每次处理产品变量时的开销。

- user3439632

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你会希望任何像样的JIT编译器都能够管理CSE。此外，它不会为从未引用的本地临时变量动态分配任何空间。(对于x86，它将保留在寄存器中，或者在堆栈内存中，如果必须溢出/重新加载，则完全不在堆上)。但是，除非您查看汇编代码或进行一些基本的分析以查看是否有GC工作，否则您无法确定如果您以DRY方式编写它(不要重复自己)，这更接近于最终要执行的机器代码。 - Peter Cordes

当然，如果您真的关心性能，我不确定当前的JVM JIT编译器是否知道如何使用SSE2或AVX进行自动向量化，以便在单个指令中使用32字节的加载/存储和SIMD vaddpd执行四个打包的double加法，以尽可能快地完成CPU的工作。 - Peter Cordes

@Bubletan：因为double是一种原始类型，根本不是一个Object，对吧？所以JVM不可能把它放在堆上。 - Peter Cordes

只要它是一个局部变量，是的。当然，字段会与对象一起存储在堆中。 - Bubletan

总之，以任何你喜欢的方式写都可以。采用第一种方式，任何一个好的编译器都会确保 doubleA*doubleB 只被计算一次。如果你不信任编译器（或者只是觉得它看起来更好），那就采用第二种方式写，因为不会有任何垃圾回收开销。 - Kevin Anderson

Answer 1

如果您运行代码数百万次，那么代码将很可能被JIT编译。如果您想查看JIT输出，并验证它是否被本地编译，您可以使用JVM标志启用该功能（您还需要预先编译库（由于许可问题，该库不会预装））。

当JIT将代码编译为本机机器代码时，它通常会对代码进行优化。还有一个标志，随着使用次数的增加，它会越来越多地进行优化。值得注意的是，直到函数执行了大约10,000次，JIT编译才会发生，不幸的是，没有办法在程序启动时强制JIT编译代码。假设JIT不应该有任何开销，它可能会在后台的另一个线程上编译代码，然后在完成时注入本机代码（JIT编译仍然只需要不到半秒钟）。

关于将结果存储为double类型，这不会产生任何负面的性能影响。而且你也不需要担心垃圾回收（GC）的问题，因为它是一个原始类型，声明在堆栈上并在作用域退出后弹出（变量将在下一个循环迭代中重新声明）。

- van dench

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但在这段时间内，一个提前优化的循环即使没有使用SIMD或者由于内存瓶颈无法每个时钟周期维持16字节的加载/存储，也可以在4GHz CPU上轻松完成大约10亿次循环迭代。顺便说一句，JIT版本不会在每个循环迭代中实际调整CPU堆栈指针寄存器；那样做太愚蠢了。逻辑上变量进入和退出作用域，但在汇编中它可能只存在于寄存器中，或者为整个函数保留堆栈内存。 - Peter Cordes

Answer 2

你几乎永远不会知道jit的作用，但是你可以通过javap轻松查看字节码。如果javac/ide没有对其进行优化，我不会假设jit会这样做。只需编写良好的代码，这样更容易阅读。

- user2023577

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如何在JVM中查看JIT编译的代码？展示了如何使用HotSpot JIT内置选项查看Sun/Oracle JVM生成的实际机器代码/汇编代码。这使得操作并不太困难。但是，在这种情况下，您可以安全地编写良好的代码，而无需为了获得良好的性能而与语言作斗争。 - Peter Cordes

您可以在生产系统中获取任何JAR文件（或该构建的任何副本），并离线使用javap，但是您无法实际上在生产环境中使用hsdis插件和JVM选项来捕获所需的ASM代码（特别是在反编译和重新编译事件发生时），这几乎不可能。但是在本地执行此类检查是一个好主意！谢谢！ - user2023577