在什么情况下，do-while循环比while循环更高效？

Question

While与Do-while

当代码块为空时，while和do-while是功能上等同的，尽管while看起来更加自然：

do {} while (keepLooping());
while (keepLooping()) {}

在it技术中，while/do-while结构内空块的典型应用是使用compareAndSet（CAS）强制更新原子对象。例如，下面的代码将以线程安全的方式增加a的值：

int i;
AtomicInteger a = new AtomicInteger();
while (!a.compareAndSet(i = a.get(), i + 1)) {}

背景

java.util.concurrent 的几个部分使用 do {} while (...) 这种方式进行 CAS 操作，ForkJoinPool 的 javadoc 解释道：

有几个不寻常的 do {} while (!cas...) 出现，这是强制更新 CAS 变量的最简单方法。

既然他们承认这是不寻常的，我想他们可能是指最好而不是最简单。

问题

在什么情况下，do {} while (!cas) 可能比 while (!cas) {} 更有效，并出于什么原因？

- assylias

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也许这只是历史偏好。无论如何，为什么要使用 {} 呢---我会写成 while (condition);。 - Marko Topolnik

@MarkoTopolnik 同意使用分号。我在这个视频中发现，Doug Lea在57:00左右说：“不要使用while，而要使用do-while，因为安全点”，并且幻灯片提到“更小的竞争窗口”。虽然我不明白这里怎么有影响，但我猜他指的是GC安全点。 - assylias

Doug对此有点含糊其辞 :) 我能理解的最好方式是，这不是关于do-while vs. while的问题，而是关于使用循环体进行赋值与将所有内容塞入条件中的区别。 - Marko Topolnik

@MarkoTopolnik 我也是这样理解的 - 但是为什么会有麻烦呢？我猜SO不是最好的问询地点！ - assylias

是的……这在 SO 上是“不具建设性”的，因为只有地球上大约三个人能够给出超越猜测的答案 :) - Marko Topolnik

Answer 1

所以，'do while' 意味着它将运行一次 while 循环中的代码。然后，只有在条件为真时才会运行 while 循环内部的代码。

简单演示。

boolean condition = false;

do{
  System.out.Println("this text displayed");
}while(condition == true);

输出 "this text displayed"

正常

while(condition == true){
 System.out.Println("this text displayed");
}

输出 ""

• *由于条件为假，未显示任何输出。

为什么或在哪里使用do while，我还没有遇到过需要这样做的情况，所以无法帮助您。这只是识别问题/需求，并使用已知知识解决它的问题，类似于乐高 - 机械类而不是“积木”。

- kyle england

Answer 2

可能会出现这样的情况，即期望值和更新值的计算过于复杂，无法与调用compareAndSet的同一行中可读。 那么你可以在do内部使其更易读：

do {
  int expect = a.get();
  int update = expect + 1;
} while (!a.compareAndSet(expect, update));

- oe.elvik

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该问题假设空块，因此while和do-while是严格等效的。 - assylias

啊哈。也许这更接近它了。 - oe.elvik

请参考以下实际示例：http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/7-b147/java/util/concurrent/ForkJoinPool.java#ForkJoinPool.postBlock%28%29 - 我认为这不是问题所在。 - assylias

在大多数情况下，我同意使用 while (cas); 更好。我只是举了一个例子，说明在某些情况下，do {} while (!cas) 可能比 while (!cas) {} 更易读。这可能是为什么 do {} while 在文档中更常见的原因。 - oe.elvik

你的代码无法编译，因为一旦离开循环体，expect和update就超出了作用域。不过，在循环之前声明这两个变量就可以解决问题，所以你的观点仍然是正确的。 - siegi

Answer 3

这不是效率问题。有些情况只能用do{}while()解决。看看java.util.Random.next(int bits)。如果你试图用while(){}做同样的事情，你会有一个代码重复，因为循环体必须在条件之前执行一次。

我已经问过一个非常类似的问题了：Java中编译循环。

这段代码：

public class Test {

    static int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        method1();
        method2();
    }

    public static void method2() {
        do{}while(++i < 5);
    }

    public static void method1() {
        while(++i < 5);
    }
}

被编译成：

public static void method2();
  Code:
   0:   getstatic       #4; //Field i:I
   3:   iconst_1
   4:   iadd
   5:   dup
   6:   putstatic       #4; //Field i:I
   9:   iconst_5
   10:  if_icmplt       0
   13:  return

public static void method1();
  Code:
   0:   getstatic       #4; //Field i:I
   3:   iconst_1
   4:   iadd
   5:   dup
   6:   putstatic       #4; //Field i:I
   9:   iconst_5
   10:  if_icmpge       16
   13:  goto    0
   16:  return

你可能会注意到在method1()的第13行有额外的指令。但正如我的问题中的答案所建议的那样，当被JIT编译成机器指令时，这并没有任何区别。非常难以捉摸的性能提升。要证明它，你必须使用PrintAssembly键运行。理论上，method2更快，但在实践中它们应该是相等的。

- Mikhail

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你没有仔细阅读问题。根本没有循环体，而效率问题非常低级，涉及最终的本地代码排序。 - Marko Topolnik

我刚刚查看了汇编代码，没有什么引起我的注意。 - assylias

你的意思是什么？它们都一样吗？ - Mikhail

只有两个指令的顺序不同，其余严格相同。 - assylias

为什么人们认为反汇编的字节码有指导意义呢？1）我们都知道while和do while的含义。2）你无法从字节码中推断出代码效率的任何信息。显著的优化发生在JIT编译器中。（即使具有相同字节码序列的方法由于JIT编译器使用解释器的运行时统计数据而表现不同。） - Stephen C