在Java中扩展数组的最有效方法是什么？

Question

（如果此前已经有人提出过这个问题，我很抱歉——我不敢相信没有人问过，但我找不到。也许是我的搜索能力太弱了。）

多年来，我一直“知道”Java没有本地函数可以缩放数组（即将每个元素乘以一个常数）。因此，我一直在做这件事：

for (int i=0; i<array.length; i++) {
  array[i] = array[i] * scaleFactor;
}

这实际上是最有效的方式吗（例如在这个应用程序中，它是大约10000个双精度数组）？还是有更好的方法？

- Ian Renton

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如果你对微小优化感兴趣，那么你所写的内容通常可以通过使用“循环展开”来加速：http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_unwinding。然而，如果该代码部分被重复调用，JVM可能已经为你执行了这个操作。HotSpot VM甚至有一个*XX:LoopUnrollLimit=*选项来“控制”这种行为。 - TacticalCoder

Answer 1

我认为这个看起来非常好，我想不出更有效的方法了。显然，尽量将该代码放在一个地方而不是到处都是实际代码，除此之外，没有明显的问题。

- Jon Skeet

Answer 2

我唯一能提供的建议是懒惰缩放，这意味着您只需要在访问每个元素时支付乘法成本；例如：

public class MyArray {
  private final double[] arr;
  private double scale = 1.0;

  public MyArray(double[] arr) {
    this.arr = arr;
  }

  public double getScale() {
    return scale;
  }

  public void setScale(double scale) {
    this.scale = scale;
  }

  public double elementAt(int i) {
    return arr[i] * scale;
  }
}

显然，这种方法只适用于特定情况：

• 当你的数组非常巨大时，并且
• 你只访问少数元素，并且
• 通常只访问这些元素一次。

在其他情况下，这是一种微小的优化，在现代CPU上没有真正的好处。

- Adamski

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在这种情况下，最好内部使用ArrayList<T>，并在请求时将其压缩成数组。 - 0xCAFEBABE

@0xCAFEBABE：我认为这完全取决于原帖作者是否期望数组大小会变化。如果不会，最好节省内存并使用基本数据类型。 - Adamski

我的应用程序将一次性读取整个固定大小的数组，因此我猜“懒惰”缩放和使用ArrayList都不太高效。 - Ian Renton

Answer 3

“更好的方法”是写成array[i] *= scaleFactor;而不是array[i] = array[i] * scaleFactor;。:-)

实际上，这只是语法糖 - 编译输出（因此性能）应该完全相同。正如Jon所说，您无法获得任何更好的性能，但个人认为，我每天都会减少输入量。

- Mac

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尽管我喜欢使用*=的写法，但该回答完全超出了问题的范围，可能更适合作为评论。 - Sanjay Verma

Answer 4

除了Adamski和Jon Skeet提到的内容，我想补充一点：如果它恰好是一个整数/长整数数组，并且您要缩放2的幂，则使用位移运算符可能会稍微提高性能。但是，这取决于编译器（甚至可能是虚拟机），因此可能会有所不同。

- vaughandroid

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这将取决于虚拟机。肯定是依赖于编译器而不是虚拟机吧？ - Raedwald

嗯，是的。已经更正了。这也可能取决于硬件（位移可能需要像乘法一样长的时间），所以我还是坚持我的观点。 :) - vaughandroid

@Raedwald：这将取决于JIT编译器，它通常被认为是VM的一部分。优化不被视为Java到字节码编译器的工作。 - Michael Borgwardt

Answer 5

在Java 8中：

double coef = 3.0;
double[] x1 = {1,2,3};
double[] x2 = DoubleStream.of(x1).map(d->d*coef).toArray();

System.out.println(Arrays.toString(x2));

output: [3.0, 6.0, 9.0]

- Reveille

Answer 6

你可以使用线程来减少运行时间，但归根结底，你需要将这段代码包含进去，并让每个线程运行 for 循环的一部分，以便得到与你的程序同样高效的结果；只不过速度更快。

- Hachi

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代码（我非常确定）是受内存限制而不是 CPU 限制的，因此更多的线程/CPU 动力不会有任何区别。我猜它只会运行得更慢。但是，如果你编写一个程序来证明我错了，我会点赞！ - Ishtar

Answer 7

在我看来，这看起来是最优的。

不要被虚假的优化所迷惑，例如在循环外部的final字段中声明数组长度。这对于集合可以避免重复调用.size()方法和字符串避免调用.length()方法，但是对于数组而言，.length已经是一个公共的final字段。

此外，向零反向循环可能是汇编语言优化，但在像Java这样的高级语言中，虚拟机会处理任何明显的微调。

- ChrisWhoCodes