我有一个我不知道的Java性能问题'；我不明白

我写了一些代码来创建多维数组，而不是数组数组，这样可以节省一些内存。然后我运行了一些测试，将它的速度与常规Java数组（int[][]）的速度进行比较，因为我不希望我的程序运行得更慢，即使它节省了一些内存。我在计时测试中看到的让我困惑。以下是测试运行的典型结果。时间是针对相同的代码位。注意后两个比前四个大得多

时间：58343722纳秒
时间：59451156纳秒
时间：51374777纳秒

时间：61777424纳秒
时间：813156695纳秒
时间：782140511纳秒

现在我想到的第一件事是垃圾回收员在干什么。我将内存限制提高到5GB（-Xmx5g），这样垃圾收集器就不会启动。没有什么变化。我把东西搬来搬去，但图案保持不变

那么模式是什么呢？在前三次中，代码位在函数中，我调用它三次。在第二个三次中，代码位在单个函数中重复三次。因此，模式是，每当代码位在同一个函数中多次运行时，运行代码位所需的时间将从第二个代码位开始迅速上升，然后继续上升

我确实发现了一个会产生如下结果的变更：

时间：58729424纳秒
时间：59965426纳秒
时间：51441618纳秒

时间：57359741纳秒
时间：65362705纳秒
时间：857942387纳秒

我所做的是在第二个3的代码位之间添加一毫秒的延迟。这样做只会加快块中第二个代码位的速度，之后的任何代码位都不会因为延迟而加速

坦白说，我很困惑。我无法解释这种行为。有人能解释一下发生了什么事吗

代码如下：

package multidimensionalarraytests;

import java.lang.reflect.Array;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class MultidimensionalArrayTests {
    static ArrayInt2Dv1 array=new ArrayInt2Dv1(10000,10000);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("ignore the warmup");
        test();
        test();
        combined();
        combined();
        
        System.out.println("running tests");
        test();
        test();
        test();
        System.out.println();
        combined();
    }

    static long test(){
        int value=1;
        long start,stop,time;
        
        System.out.print("time: ");
        start=System.nanoTime();
        for(int x=0;x<array.length1;x++){
            for(int y=0;y<array.length2;y++){
                array.set(x, y, value);
                value=array.get(x, y);
            }   
        }
        stop=System.nanoTime();
        time=(stop-start);
        System.out.println(time+" ns");
        return time;
    }

    static void combined(){
        int value=1;
        long start,stop,time;
        
        System.out.print("time: ");
        start=System.nanoTime();
        for(int x=0;x<array.length1;x++){
            for(int y=0;y<array.length2;y++){
                array.set(x, y, value);
                value=array.get(x, y);
            }   
        }
        stop=System.nanoTime();
        time=(stop-start);
        System.out.println(time+" ns");

        //try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException ex) {}

        System.out.print("time: ");
        start=System.nanoTime();
        for(int x=0;x<array.length1;x++){
            for(int y=0;y<array.length2;y++){
                array.set(x, y, value);
                value=array.get(x, y);
            }   
        }
        stop=System.nanoTime();
        time=(stop-start);
        System.out.println(time+" ns");

        //try {Thread.sleep(60000);} catch (InterruptedException ex) {}

        System.out.print("time: ");
        start=System.nanoTime();
        for(int x=0;x<array.length1;x++){
            for(int y=0;y<array.length2;y++){
                array.set(x, y, value);
                value=array.get(x, y);
            }   
        }
        stop=System.nanoTime();
        time=(stop-start);
        System.out.println(time+" ns");     
    }
}

---编辑---

Windows7上的输出选项为-Xms5g-Xmx5g-XX:+PrintCompilation-verbose:gc-XX:CICompilerCount=1-Xbatch

time:     299    1    b        multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::set (15 bytes)
    302    2    b        multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::get (14 bytes)
    303    1 %  b        multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test @ 31 (114 bytes)
    358    1 %           multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test @ -2 (114 bytes)   made not entrant
60671451 ns
    359    3    b        multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test (114 bytes)
time:     365    2 %  b        multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test @ 31 (114 bytes)
58104484 ns
time:     425    3 %  b        multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined @ 31 (330 bytes)
69008251 ns
time: 806898159 ns
time: 845447596 ns
   2146    4    b        multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined (330 bytes)
time: 52493169 ns
time: 804304528 ns
time: 845500191 ns
running tests
time: 51290771 ns
time: 51922285 ns
time: 51264108 ns

time: 52258679 ns
time: 842229025 ns
time: 871403625 ns

在Linux（同一台机器上VirtualBox上的Ubuntu）上使用相同的选项：

    283   1   b   java.lang.String::hashCode (60 bytes)
    285   2   b   sun.nio.cs.UTF_8$Encoder::encodeArrayLoop (490 bytes)
    287   3   b   java.lang.String::charAt (33 bytes)
    287   4   b   java.lang.String::indexOf (151 bytes)
    297   5   b   java.io.UnixFileSystem::normalize (75 bytes)
   2850   6   b   java.lang.String::lastIndexOf (156 bytes)
ignore the warmup
time:    5885   7   b   multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::set (15 bytes)
   5948   8   b   multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::get (14 bytes)
   5949   1%  b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test @ 31 (114 bytes)
11529998483 ns
  17565   9   b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test (114 bytes)
time: 1619622928 ns
time:   19718   2%  b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined @ 31 (330 bytes)
475786382 ns
time: 288586857 ns
time: 315560700 ns
  20789  10   b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined (330 bytes)
time: 460577230 ns
time: 311525066 ns
time: 312343429 ns
running tests
time: 310261854 ns
time: 298826592 ns
time: 304689920 ns

time: 315416579 ns
time: 299473245 ns
time: 290211350 ns

---

尝试

-XX:+printcomployment

这应该表明，在第一个循环迭代10000次之后，整个方法得到了优化。问题在于，第二/第三个循环在没有统计/计数器信息的情况下进行了优化。有时这并不重要，有时后面的循环会慢得多，如果交换循环的顺序，后面的循环会改进，第一个循环会变慢

---

解决这个问题的简单方法是将每个循环放在自己的方法中，每个循环都会得到适当的优化。

对于初学者，请看一看好的建议。我修改了上面的代码以反映建议，并使用以下选项运行程序：-Xms5g-Xmx5g-XX:+printcomilation-verbose:gc-XX:CICompilerCount=1-Xbatch。不过，这并没有显著改变结果。我已经尝试过（使用更新的代码），但我无法在64位Ubuntu上使用Java6U26重现这种效果。在这里，所有六个运行时间彼此相差不超过10%（由于实时编译器的启动，预热时间确实会波动）。无法在使用Java 1.7.0-ea-b223（64位服务器vm 21.0-b17）的MacOS 10.6.8上重现。作为本/aix评论的后续内容，您是否可以提供您的设置（OS+java版本）以及是否使用其他选项运行该程序？我使用的是Windows 7，使用的是java 1.6.21和1.7.0，两者的结果相同。我只使用了上面列出的选项。好的，我明白你在说什么了。在combined（）函数中，编译操作发生在第一组循环期间，而不是在其他循环期间。如果我添加ms sleeps，那么编译操作会在前两组循环中发生，但不会在第三组循环中发生。编译操作发生的循环对应于更快的执行。我觉得很奇怪，它只会优化第一组循环，而不会优化其他循环。嗯，我至少知道它在做什么，但不知道为什么。但奇怪的是，当我使用int[]]而不是我的ArrayInt2Dv1时，会进行相同的优化，但是没有在最后两个循环上运行优化不会造成时间损失。这很烦人，因为如果不记住优化器的工作原理，我就不能简单地用多维数组替换Java数组，否则事情可能会变得相当缓慢。所有循环都经过优化，但是后面的循环都是基于没有动态收集的信息进行优化的（由于该方法是根据当时的信息立即编译的）

    283   1   b   java.lang.String::hashCode (60 bytes)
    285   2   b   sun.nio.cs.UTF_8$Encoder::encodeArrayLoop (490 bytes)
    287   3   b   java.lang.String::charAt (33 bytes)
    287   4   b   java.lang.String::indexOf (151 bytes)
    297   5   b   java.io.UnixFileSystem::normalize (75 bytes)
   2850   6   b   java.lang.String::lastIndexOf (156 bytes)
ignore the warmup
time:    5885   7   b   multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::set (15 bytes)
   5948   8   b   multidimensionalarraytests.ArrayInt2Dv1::get (14 bytes)
   5949   1%  b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test @ 31 (114 bytes)
11529998483 ns
  17565   9   b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::test (114 bytes)
time: 1619622928 ns
time:   19718   2%  b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined @ 31 (330 bytes)
475786382 ns
time: 288586857 ns
time: 315560700 ns
  20789  10   b   multidimensionalarraytests.MultidimensionalArrayTests::combined (330 bytes)
time: 460577230 ns
time: 311525066 ns
time: 312343429 ns
running tests
time: 310261854 ns
time: 298826592 ns
time: 304689920 ns

time: 315416579 ns
time: 299473245 ns
time: 290211350 ns