私は、メイン プログラム ロジックの多くのポイントで呼び出されるホット関数で実行されるため、高度に最適化する必要がある Java コードに取り組んでいます。このコードの一部には、任意の非負の s を乗算した値doubleで変数を乗算することが含まれます。乗算された値を取得する 1 つの高速な方法 (編集: ただし、最速ではありません。以下の更新 2 を参照してください)は、 を使用することです。10int exponentswitchexponent
double multiplyByPowerOfTen(final double d, final int exponent) {
switch (exponent) {
case 0:
return d;
case 1:
return d*10;
case 2:
return d*100;
// ... same pattern
case 9:
return d*1000000000;
case 10:
return d*10000000000L;
// ... same pattern with long literals
case 18:
return d*1000000000000000000L;
default:
throw new ParseException("Unhandled power of ten " + power, 0);
}
}
上記のコメント付きの省略記号はcase int、定数が 1 ずつ増加し続けることを示しているため、case上記のコード スニペットには実際には 19 個あります。から までのcaseステートメントで 10 の累乗がすべて必要になるかどうかわからなかったため、マイクロベンチマークを実行して、このステートメントで 1000 万回の操作を完了するのにかかる時間と、 から のみのステートメント (簡素化された を壊さないように は 9 以下に制限) で を実行するのにかかる時間を比較しました。 ステートメントの数が多い長いステートメントの方が実際には高速に実行されるという、かなり意外な (少なくとも私にとっては!) 結果が得られました。1018switchswitchcase09exponentswitchswitchcase
ふと思いついて、caseダミー値を返すだけの をさらに追加してみたところ、宣言された を 22 ～ 27 個ほど使用すれば、スイッチをさらに高速に実行できることがわかりましたcase(コードの実行中にこれらのダミー ケースが実際にヒットすることはありませんが)。 (この場合も、 は前の定数caseを ずつ増分することで連続的に追加されました。) これらの実行時間の違いはそれほど重要ではありません。との間のランダム の場合、ダミーでパディングされたステートメントは 1000 万回の実行を 1.49 秒で完了するのに対し、パディングされていないバージョンは 1.54 秒で完了し、実行ごとに合計 5 ナノ秒の節約になります。したがって、最適化の観点からは、ステートメントのパディングにこだわる価値はありません。しかし、が追加されるにつれて の実行が遅くならない (またはせいぜい一定のO(1)時間を維持できない)のは不思議で直感に反すると思います。case1exponent010switchswitchswitchcase
これらは、ランダムに生成された値にさまざまな制限をかけて実行した結果です。制限exponentまでの結果は含めませんでしたが、曲線の全体的な形状は同じままで、12 ～ 17 のケース マークの周りに山があり、18 ～ 28 の間に谷があります。すべてのテストは、ランダム値用の共有コンテナーを使用して JUnitBenchmarks で実行され、テスト入力が同一であることを確認しました。また、テストは最長ステートメントから最短ステートメントの順序で、またその逆の順序で実行して、順序に関連するテストの問題の可能性を排除しました。これらの結果を再現したい人のために、テスト コードを github リポジトリにアップロードしました。1exponentswitch
それで、ここで何が起こっているのでしょうか? 私のアーキテクチャまたはマイクロベンチマーク構築の気まぐれでしょうか? それとも、Java はから の範囲で実行する方がから までよりも実際switchに少し高速なのでしょうか?1828 case1117
github テスト リポジトリ「switch-experiment」
更新:ベンチマーク ライブラリをかなりクリーンアップし、/results に、より広範囲の可能な値の出力を含むテキスト ファイルを追加しました。また、テスト コードにfromexponentをスローしないオプションを追加しましたが、結果には影響しないようです。Exceptiondefault
更新 2: 2009 年にこの問題について行われた非常に良い議論を xkcd フォーラムで見つけました:http://forums.xkcd.com/viewtopic.php?f=11&t=33524。 の使用に関する OP の議論Array.binarySearch()から、上記の指数パターンの単純な配列ベースの実装のアイデアが生まれました。 のエントリが何であるかがわかっているので、バイナリ検索は必要ありません。 をarray使用するよりも約 3 倍高速に実行されるようですがswitch、明らかに で可能な制御フローの一部を犠牲にしていますswitch。そのコードは github リポジトリにも追加されています。
ベストアンサー1
指摘したように他の答えによってケース値は連続している（スパースではない）ため、さまざまなテスト用に生成されたバイトコードはスイッチ テーブル（バイトコード命令tableswitch）を使用します。
ただし、JIT がジョブを開始し、バイトコードをアセンブリにコンパイルすると、tableswitch命令が必ずしもポインターの配列になるわけではありません。スイッチ テーブルがlookupswitch( if/else if構造に似た) のようなものに変換されることもあります。
JIT (ホットスポット JDK 1.7) によって生成されたアセンブリを逆コンパイルすると、ケースが 17 個以下の場合は if/else if の連続が使用され、18 個を超える場合はポインターの配列が使用されることがわかります (より効率的)。
この魔法の数字18が使用される理由は、MinJumpTableSizeJVM フラグ (コードの 352 行目付近)。
私はホットスポットコンパイラリストでこの問題を提起し、それは過去のテストの遺産のようだこのデフォルト値はJDK 8では削除されました後さらなるベンチマークが実施された。
最後に、メソッドが長くなりすぎると (私のテストでは 25 件を超える)、デフォルトの JVM 設定ではインライン化されなくなります。これが、その時点でパフォーマンスが低下する最も可能性の高い原因です。
5 つのケースでは、逆コンパイルされたコードは次のようになります (cmp/je/jg/jmp 命令、if/goto のアセンブリに注意してください)。
[Verified Entry Point]
# {method} 'multiplyByPowerOfTen' '(DI)D' in 'javaapplication4/Test1'
# parm0: xmm0:xmm0 = double
# parm1: rdx = int
# [sp+0x20] (sp of caller)
0x00000000024f0160: mov DWORD PTR [rsp-0x6000],eax
; {no_reloc}
0x00000000024f0167: push rbp
0x00000000024f0168: sub rsp,0x10 ;*synchronization entry
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@-1 (line 56)
0x00000000024f016c: cmp edx,0x3
0x00000000024f016f: je 0x00000000024f01c3
0x00000000024f0171: cmp edx,0x3
0x00000000024f0174: jg 0x00000000024f01a5
0x00000000024f0176: cmp edx,0x1
0x00000000024f0179: je 0x00000000024f019b
0x00000000024f017b: cmp edx,0x1
0x00000000024f017e: jg 0x00000000024f0191
0x00000000024f0180: test edx,edx
0x00000000024f0182: je 0x00000000024f01cb
0x00000000024f0184: mov ebp,edx
0x00000000024f0186: mov edx,0x17
0x00000000024f018b: call 0x00000000024c90a0 ; OopMap{off=48}
;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@72 (line 83)
; {runtime_call}
0x00000000024f0190: int3 ;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@72 (line 83)
0x00000000024f0191: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xffffffffffffffa7] # 0x00000000024f0140
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@52 (line 62)
; {section_word}
0x00000000024f0199: jmp 0x00000000024f01cb
0x00000000024f019b: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xffffffffffffff8d] # 0x00000000024f0130
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@46 (line 60)
; {section_word}
0x00000000024f01a3: jmp 0x00000000024f01cb
0x00000000024f01a5: cmp edx,0x5
0x00000000024f01a8: je 0x00000000024f01b9
0x00000000024f01aa: cmp edx,0x5
0x00000000024f01ad: jg 0x00000000024f0184 ;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
0x00000000024f01af: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xffffffffffffff81] # 0x00000000024f0138
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@64 (line 66)
; {section_word}
0x00000000024f01b7: jmp 0x00000000024f01cb
0x00000000024f01b9: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xffffffffffffff67] # 0x00000000024f0128
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@70 (line 68)
; {section_word}
0x00000000024f01c1: jmp 0x00000000024f01cb
0x00000000024f01c3: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xffffffffffffff55] # 0x00000000024f0120
;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
; {section_word}
0x00000000024f01cb: add rsp,0x10
0x00000000024f01cf: pop rbp
0x00000000024f01d0: test DWORD PTR [rip+0xfffffffffdf3fe2a],eax # 0x0000000000430000
; {poll_return}
0x00000000024f01d6: ret
18 個のケースでは、アセンブリは次のようになります (使用されているポインターの配列に注目してください。これにより、すべての比較の必要性が抑制され、jmp QWORD PTR [r8+r10*1]適切な乗算に直接ジャンプします)。これがパフォーマンス向上の理由であると考えられます。
[Verified Entry Point]
# {method} 'multiplyByPowerOfTen' '(DI)D' in 'javaapplication4/Test1'
# parm0: xmm0:xmm0 = double
# parm1: rdx = int
# [sp+0x20] (sp of caller)
0x000000000287fe20: mov DWORD PTR [rsp-0x6000],eax
; {no_reloc}
0x000000000287fe27: push rbp
0x000000000287fe28: sub rsp,0x10 ;*synchronization entry
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@-1 (line 56)
0x000000000287fe2c: cmp edx,0x13
0x000000000287fe2f: jae 0x000000000287fe46
0x000000000287fe31: movsxd r10,edx
0x000000000287fe34: shl r10,0x3
0x000000000287fe38: movabs r8,0x287fd70 ; {section_word}
0x000000000287fe42: jmp QWORD PTR [r8+r10*1] ;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
0x000000000287fe46: mov ebp,edx
0x000000000287fe48: mov edx,0x31
0x000000000287fe4d: xchg ax,ax
0x000000000287fe4f: call 0x00000000028590a0 ; OopMap{off=52}
;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@202 (line 96)
; {runtime_call}
0x000000000287fe54: int3 ;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@202 (line 96)
0x000000000287fe55: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe8b] # 0x000000000287fce8
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@194 (line 92)
; {section_word}
0x000000000287fe5d: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fe62: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe86] # 0x000000000287fcf0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@188 (line 90)
; {section_word}
0x000000000287fe6a: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fe6f: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe81] # 0x000000000287fcf8
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@182 (line 88)
; {section_word}
0x000000000287fe77: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fe7c: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe7c] # 0x000000000287fd00
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@176 (line 86)
; {section_word}
0x000000000287fe84: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fe89: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe77] # 0x000000000287fd08
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@170 (line 84)
; {section_word}
0x000000000287fe91: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fe96: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe72] # 0x000000000287fd10
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@164 (line 82)
; {section_word}
0x000000000287fe9e: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fea0: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe70] # 0x000000000287fd18
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@158 (line 80)
; {section_word}
0x000000000287fea8: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287feaa: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe6e] # 0x000000000287fd20
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@152 (line 78)
; {section_word}
0x000000000287feb2: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287feb4: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe24] # 0x000000000287fce0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@146 (line 76)
; {section_word}
0x000000000287febc: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287febe: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe6a] # 0x000000000287fd30
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@140 (line 74)
; {section_word}
0x000000000287fec6: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fec8: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe68] # 0x000000000287fd38
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@134 (line 72)
; {section_word}
0x000000000287fed0: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fed2: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe66] # 0x000000000287fd40
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@128 (line 70)
; {section_word}
0x000000000287feda: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fedc: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe64] # 0x000000000287fd48
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@122 (line 68)
; {section_word}
0x000000000287fee4: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fee6: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe62] # 0x000000000287fd50
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@116 (line 66)
; {section_word}
0x000000000287feee: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fef0: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe60] # 0x000000000287fd58
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@110 (line 64)
; {section_word}
0x000000000287fef8: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287fefa: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe5e] # 0x000000000287fd60
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@104 (line 62)
; {section_word}
0x000000000287ff02: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287ff04: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe5c] # 0x000000000287fd68
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@98 (line 60)
; {section_word}
0x000000000287ff0c: jmp 0x000000000287ff16
0x000000000287ff0e: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe12] # 0x000000000287fd28
;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
; {section_word}
0x000000000287ff16: add rsp,0x10
0x000000000287ff1a: pop rbp
0x000000000287ff1b: test DWORD PTR [rip+0xfffffffffd9b00df],eax # 0x0000000000230000
; {poll_return}
0x000000000287ff21: ret
そして最後に、30ケースのアセンブリ（下記）は、movapd xmm0,xmm1コードの中央付近に現れる追加部分を除いて、18ケースのアセンブリと似ています。@cHao が発見ただし、パフォーマンスが低下する最も可能性の高い理由は、メソッドが長すぎてデフォルトの JVM 設定でインライン化できないことです。
[Verified Entry Point]
# {method} 'multiplyByPowerOfTen' '(DI)D' in 'javaapplication4/Test1'
# parm0: xmm0:xmm0 = double
# parm1: rdx = int
# [sp+0x20] (sp of caller)
0x0000000002524560: mov DWORD PTR [rsp-0x6000],eax
; {no_reloc}
0x0000000002524567: push rbp
0x0000000002524568: sub rsp,0x10 ;*synchronization entry
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@-1 (line 56)
0x000000000252456c: movapd xmm1,xmm0
0x0000000002524570: cmp edx,0x1f
0x0000000002524573: jae 0x0000000002524592 ;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
0x0000000002524575: movsxd r10,edx
0x0000000002524578: shl r10,0x3
0x000000000252457c: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe3c] # 0x00000000025243c0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@364 (line 118)
; {section_word}
0x0000000002524584: movabs r8,0x2524450 ; {section_word}
0x000000000252458e: jmp QWORD PTR [r8+r10*1] ;*tableswitch
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@1 (line 56)
0x0000000002524592: mov ebp,edx
0x0000000002524594: mov edx,0x31
0x0000000002524599: xchg ax,ax
0x000000000252459b: call 0x00000000024f90a0 ; OopMap{off=64}
;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@370 (line 120)
; {runtime_call}
0x00000000025245a0: int3 ;*new ; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@370 (line 120)
0x00000000025245a1: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe27] # 0x00000000025243d0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@358 (line 116)
; {section_word}
0x00000000025245a9: jmp 0x0000000002524744
0x00000000025245ae: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe22] # 0x00000000025243d8
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@348 (line 114)
; {section_word}
0x00000000025245b6: jmp 0x0000000002524744
0x00000000025245bb: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe1d] # 0x00000000025243e0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@338 (line 112)
; {section_word}
0x00000000025245c3: jmp 0x0000000002524744
0x00000000025245c8: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe18] # 0x00000000025243e8
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@328 (line 110)
; {section_word}
0x00000000025245d0: jmp 0x0000000002524744
0x00000000025245d5: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe13] # 0x00000000025243f0
;*dmul
; - javaapplication4.Test1::multiplyByPowerOfTen@318 (line 108)
; {section_word}
0x00000000025245dd: jmp 0x0000000002524744
0x00000000025245e2: mulsd xmm0,QWORD PTR [rip+0xfffffffffffffe0e] # 0x00000000025243f8
;*dmul
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[etc.]
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