也说Java循环优化

最近有不少人提出 Java 循环优化问题，问题分为两类：

 

1 ）

     for ( int i=0; i<10000; i--){ 。。。 }

 

与

 

     for ( int i = 100000; i > 0; i--){ 。。。 }

 

这个比较无非是 i++ 和 i— 的比较。

 

2 ）

for ( int i=0; i<1000; i++) {

        for ( int j=0; j<100000; j++) {

             。。。

        }

     }

 

与

 

for ( int i = 0; i < 100000; i++) {

        for ( int j = 0; j < 1000; j++) {

            。。。

        }

     }

 

这个比较主要问题在于循环次数多的放在里面还是外面的问题。

 

我的观点：首先，这种代码上自以为是的优化是没有意义的；其次，拿 C 语言的思维来考虑这个问题表示 Java 基本常识都不懂。

分析：

在具体阐明我的观点前有必要做一点 Java 常识的普及。（注，若没有特别说明，文中 sun 的指的是被 Oracle 收购的那个 sun ，也用来表示 Oracle 接手的 sun 公司的一些产品，如 sun 的 jvm ，既指 Oracle 接手 sun 后的虚拟机，也指未收购时的 sun 的虚拟机）

1）          jvm 。

众所周知，这是 java 虚拟机。但是，很多人，包括初学者甚至一些工作了的人，对 jvm 的认识仅仅是 sun 的 hotspot 虚拟机，就是从 sun 官网上下载的那个。

而实际上， sun 公司制定的是一个规范，即 Java虚拟机规范 ，搜索 jvmspec 即可得。同时 sun 也提供了该规范的一个标准实现，就是 sun 的 hotspot 虚拟机（ N 年前的版本就不说了）。但很多人不知道的是，除了 sun 实现了虚拟机外，还有很多公司也根据自己的需要实现了 Java 虚拟机，比较常见的有 IBM 的 J9 （ Websphere 中用的）， Oracle 的 JRockit （ Weblogic 中用的）， Apache 的 Harmony （由于利益等原因， sun 和 Oracle 都没有给它提供兼容性测试），还有 openJDK 。这些都是比较流行的。诸如此类，还有很多很多。

2）          Java 指令集

jvm 规范中，为 Java 定义了一套指令集。如 iadd ， iinc 等，指令集用单字节表示，也就是说不超过 255 个。

关于规范中 jvm 指令集最需要注意的一点是：指令集指描述了指令该做什么事情，对于如何去做，是留给 jvm 实现者自己去思考的，所以不同的 jvm 实现对于同一段代码在效率上可能会有很大的差别。譬如，对于 iadd 指令，两个 int 相加，既可以直接交给硬件去做，也可以拐弯抹角的去做，只要最终结果符合 jvm 规范的描述即可。

3）          Java 栈

需要知道的是， Java 考虑到跨平台的需要，所有指令的操作都不是基于寄存器的，而是内存中的 Java 栈。在 C 语言中，有个寄存器用于 pc 计数器，而在 Java 中， pc 计数器是内存中的一个字。 Java 栈由栈帧组成，栈帧分为局部变量区，操作数栈和帧数据区。 jvm 指令的操作数大都源于操作数栈。这与一些语言从寄存器中取操作数是不同的。而局部变量区和操作数栈的大小在编译 Java 文件时就已经确定了。

 

对于问题一，我们有必要看一下 Java 中对于 i++ 和 i— 所使用的指令

public   class Test {

     public   static   void main(String... args) {

        int i = 0;

        i++;

        i--;

     }

}

上面的代码编译后再用 javap –c Test 查看用到的指令：

Compiled from "Test.java"

public class Test extends java.lang.Object{

public Test();

   Code:

    0:    aload_0

    1:    invokespecial    #1; //Methodjava/lang/Object."<init>":()V

    4:    return

 

public static void main(java.lang.String[]);

   Code:

    0:    iconst_0

    1:    istore_1

    2:   iinc     1, 1

    5:   iinc     1, -1

    8:    return

 

}

从上面我们发现 i++ 和 i-- 其实用的是同一个指令，即 iinc ，不过操作数不一样罢了；该指令直接修改局部变量区的值，而不需要压栈。至于如何去实现这个指令，不同的人在实现 jvm 的时候有自己的想法。所以问题一的比较是毫无意义的。你在 jvm 实现 1 上运行很快，可能在 jvm 实现 2 上面就运行很慢。

 

对于问题二，如上面普及常识所言，不同的 jvm 可以有不同的实现，不同的优化。与 C 语言不同之处在于， java 的局部变量区在运行一个方法的时候已经分配好了，不需要遇到一个新变量就去分配。另外一点，因为由 jvm 来执行，这种循环是 jvm 内部是存在优化余地的，譬如，对于里层的循环变量，在重新下一次循环时就没用了，一些 jvm 实现就可以重用这个变量。一些 JVM 可能是纯粹的解释执行字节码，一些 JVM 可能在启动的时候就把字节码编译成 c++ 本地代码，一些 jvm 可能用纯硬件芯片来执行指令集，还有一些 jvm 在运行了一段时间后找出程序热区，仔细优化并将这部分代码编译成 c++ 本地代码来达到最佳效果。所有你能想到的优化都可以在这里做掉。所以不同的 jvm 实现对于这样的代码效率可能会有很大的差别。

经过本人实测（循环体是数值计算）， IBM J9 1.6 中两种都很快， Sun hotspot 跟 J91.6 相比不是一个数量级的。但是 IBM J9 1.5 的实现则相当的慢，跟 hotspot 比慢的不是一个数量级。有兴趣的可能分别试试 openJDK ， IBM J9 ， Jrockit  这些实现的 1.5 和 1.6 版本的效率，另外一些 jvm 还有 server 和 client 运行版本的区别，效率也是大不一样的

 

总结，隔了一层虚拟机，什么都有可能！