Java自動(dòng)裝箱性能怎么用

本篇內(nèi)容主要講解“Java自動(dòng)裝箱性能怎么用”，感興趣的朋友不妨來(lái)看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來(lái)帶大家學(xué)習(xí)“Java自動(dòng)裝箱性能怎么用”吧!

目前成都創(chuàng)新互聯(lián)公司已為上1000家的企業(yè)提供了網(wǎng)站建設(shè)、域名、雅安服務(wù)器托管、成都網(wǎng)站托管、企業(yè)網(wǎng)站設(shè)計(jì)、東源網(wǎng)站維護(hù)等服務(wù)，公司將堅(jiān)持客戶導(dǎo)向、應(yīng)用為本的策略，正道將秉承"和諧、參與、激情"的文化，與客戶和合作伙伴齊心協(xié)力一起成長(zhǎng)，共同發(fā)展。

Java 的基本數(shù)據(jù)類型（int、double、 char）都不是對(duì)象。但由于很多Java代碼需要處理的是對(duì)象（Object），Java給所有基本類型提供了包裝類（Integer、Double、Character）。有了自動(dòng)裝箱，你可以寫如下的代碼

Character boxed = 'a'; char unboxed = boxed;

編譯器自動(dòng)將它轉(zhuǎn)換為

Character boxed = Character.valueOf('a'); char unboxed = boxed.charValue();

然而，Java虛擬機(jī)不是每次都能理解這類過(guò)程，因此要想得到好的系統(tǒng)性能，避免不必要的裝箱很關(guān)鍵。這也是 OptionalInt 和 IntStream 等特殊類型存在的原因。在這篇文章中，我將概述JVM很難消除自動(dòng)裝箱的一個(gè)原因。

實(shí)例

例如，我們想要計(jì)算任意一類數(shù)據(jù)的編輯距離（Levenshtein距離），只要這些數(shù)據(jù)可以被看作一個(gè)序列：

public class Levenshtein{ private final Function> asList;  public Levenshtein(Function> asList) { this.asList = asList; }  public int distance(T a, T b) { // Wagner-Fischer algorithm, with two active rows  List aList = asList.apply(a); List bList = asList.apply(b);  int bSize = bList.size(); int[] row0 = new int[bSize + 1]; int[] row1 = new int[bSize + 1];  for (int i = 0; i row0[i] = i; }  for (int i = 0; i < bSize; ++i) { U ua = aList.get(i); row1[0] = row0[0] + 1;  for (int j = 0; j < bSize; ++j) { U ub = bList.get(j); int subCost = row0[j] + (ua.equals(ub) ? 0 : 1); int delCost = row0[j + 1] + 1; int insCost = row1[j] + 1; row1[j + 1] = Math.min(subCost, Math.min(delCost, insCost)); }  int[] temp = row0; row0 = row1; row1 = temp; }  return row0[bSize]; } }

只要兩個(gè)對(duì)象可以被看作List，這個(gè)類就可以計(jì)算它們的編輯距離。如果想計(jì)算String類型的距離，那么就需要把String轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)ist類型：

public class StringAsList extends AbstractList{ private final String str;  public StringAsList(String str) { this.str = str; }  @Override public Character get(int index) { return str.charAt(index); // Autoboxing! }  @Override public int size() { return str.length(); } }  ...  Levenshteinlev = new Levenshtein<>(StringAsList::new); lev.distance("autoboxing is fast", "autoboxing is slow"); // 4

由于Java泛型的實(shí)現(xiàn)方式，不能有List類型，所以要提供List和裝箱操作。（注：Java10中，這個(gè)限制也許會(huì)被取消。）

為了查看代碼熱路徑（hot path）上的結(jié)果，JMH集成了Linux工具perf，可以查看最熱代碼塊的JIT編譯結(jié)果。（要想查看匯編代碼，需要安裝hsdis插件。我在 AUR上提供了下載，Arch用戶可以直接獲取。）在JMH命令行添加 -prof perfasm 命令，就可以看到結(jié)果：

為了測(cè)試 distance() 方法的性能，需要做基準(zhǔn)測(cè)試。Java中微基準(zhǔn)測(cè)試很難保證準(zhǔn)確，但幸好OpenJDK提供了JMH（Java Microbenchmark Harness），它可以幫我們解決大部分難題。如果感興趣的話，推薦大家閱讀文檔和實(shí)例；它會(huì)很吸引你。以下是基準(zhǔn)測(cè)試：

@State(Scope.Benchmark) public class MyBenchmark { private Levenshtein lev = new Levenshtein<>(StringAsList::new);  @Benchmark @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) public int timeLevenshtein() { return lev.distance("autoboxing is fast", "autoboxing is slow"); } }

（返回方法的結(jié)果，這樣JMH就可以做一些操作讓系統(tǒng)認(rèn)為返回值會(huì)被使用到，防止冗余代碼消除影響了結(jié)果。）

以下是結(jié)果：

$ java -jar target/benchmarks.jar -f 1 -wi 8 -i 8 # JMH 1.10.2 (released 3 days ago) # VM invoker: /usr/lib/jvm/java-8-openjdk/jre/bin/java # VM options: # Warmup: 8 iterations, 1 s each # Measurement: 8 iterations, 1 s each # Timeout: 10 min per iteration # Threads: 1 thread, will synchronize iterations # Benchmark mode: Average time, time/op # Benchmark: com.tavianator.boxperf.MyBenchmark.timeLevenshtein  # Run progress: 0.00% complete, ETA 00:00:16 # Fork: 1 of 1 # Warmup Iteration 1: 1517.495 ns/op # Warmup Iteration 2: 1503.096 ns/op # Warmup Iteration 3: 1402.069 ns/op # Warmup Iteration 4: 1480.584 ns/op # Warmup Iteration 5: 1385.345 ns/op # Warmup Iteration 6: 1474.657 ns/op # Warmup Iteration 7: 1436.749 ns/op # Warmup Iteration 8: 1463.526 ns/op Iteration 1: 1446.033 ns/op Iteration 2: 1420.199 ns/op Iteration 3: 1383.017 ns/op Iteration 4: 1443.775 ns/op Iteration 5: 1393.142 ns/op Iteration 6: 1393.313 ns/op Iteration 7: 1459.974 ns/op Iteration 8: 1456.233 ns/op  Result "timeLevenshtein": 1424.461 &plusmn;(99.9%) 59.574 ns/op [Average] (min, avg, max) = (1383.017, 1424.461, 1459.974), stdev = 31.158 CI (99.9%): [1364.887, 1484.034] (assumes normal distribution)  # Run complete. Total time: 00:00:16  Benchmark Mode Cnt Score Error Units MyBenchmark.timeLevenshtein avgt 8 1424.461 &plusmn; 59.574 ns/op

分析

$ java -jar target/benchmarks.jar -f 1 -wi 8 -i 8 -prof perfasm ... cmp $0x7f,%eax jg 0x00007fde989a6148 ;*if_icmpgt ; - java.lang.Character::valueOf@3 (line 4570) ; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get@8 (line 14) ; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get@2; (line 5) ; - com.tavianator.boxperf.Levenshtein::distance@121 (line 32) cmp $0x80,%eax jae 0x00007fde989a6103 ;*aaload ; - java.lang.Character::valueOf @ 10 (line 4571) ; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get@8 (line 14) ; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get @ 2 (line 5) ; - com.tavianator.boxperf.Levenshtein::distance@121 (line 32) ...

輸出內(nèi)容很多，但上面的一點(diǎn)內(nèi)容就說(shuō)明裝箱沒(méi)有被優(yōu)化。為什么要和0x7f/0×80的內(nèi)容做比較呢？原因在于Character.valueOf()的取值來(lái)源：

private static class CharacterCache { private CharacterCache(){}  static final Character cache[] = new Character[127 + 1];  static { for (int i = 0; i < cache.length; i++) cache[i] = new Character((char)i); } }  public static Character valueOf(char c) { if (c return CharacterCache.cache[(int)c]; } return new Character(c); }

可以看出，Java語(yǔ)法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定前127個(gè)char的Character對(duì)象放在緩沖池中，Character.valueOf()的結(jié)果在其中時(shí)，直接返回緩沖池的對(duì)象。這樣做的目的是減少內(nèi)存分配和垃圾回收，但在我看來(lái)這是過(guò)早的優(yōu)化。而且它妨礙了其他優(yōu)化。JVM無(wú)法確定 Character.valueOf(c).charValue() == c，因?yàn)樗恢谰彌_池的內(nèi)容。所以JVM從緩沖池中取了一個(gè)Character對(duì)象并讀取它的值，結(jié)果得到的就是和 c 一樣的內(nèi)容。

解決方法

解決方法很簡(jiǎn)單：

@ @ -11,7 +11,7 @ @ public class StringAsList extends AbstractList {  @Override public Character get(int index) { - return str.charAt(index); // Autoboxing! + return new Character(str.charAt(index)); }

@Override

用顯式的裝箱代替自動(dòng)裝箱，就避免了調(diào)用Character.valueOf()，這樣JVM就很容易理解代碼：

private final char value;  public Character(char value) { this.value = value; }  public char charValue() { return value; }

雖然代碼中加了一個(gè)內(nèi)存分配，但JVM能理解代碼的意義，會(huì)直接從String中獲取char字符。性能提升很明顯：

$ java -jar target/benchmarks.jar -f 1 -wi 8 -i 8 ... # Run complete. Total time: 00:00:16  Benchmark Mode Cnt Score Error Units MyBenchmark.timeLevenshtein avgt 8 1221.151 &plusmn; 58.878 ns/op

速度提升了14%。用 -prof perfasm 命令可以顯示，改進(jìn)以后是直接從String中拿到char值并在寄存器中比較的：

movzwl 0x10(%rsi,%rdx,2),%r11d ;*caload
; - java.lang.String::charAt@27 (line 648)
; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get@9 (line 14)
; - com.tavianator.boxperf.StringAsList::get @ 2 (line 5)
; - com.tavianator.boxperf.Levenshtein::distance@121 (line 32)
cmp %r11d,%r10d
je 0x00007faa8d404792 ;*if_icmpne
; - java.lang.Character::equals@18 (line 4621)
; - com.tavianator.boxperf.Levenshtein::distance@137 (line 33)

到此，相信大家對(duì)“Java自動(dòng)裝箱性能怎么用”有了更深的了解，不妨來(lái)實(shí)際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！

本文標(biāo)題：Java自動(dòng)裝箱性能怎么用
URL標(biāo)題：http://muchs.cn/article44/iheiee.html

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