Question

为了实现一些图像分析算法而不必过多担心数据类型（即没有太多重复的代码），我正在为Java中的原始数组设置访问者模式。

在下面的示例中，我定义了两种类型的访问者

原始类型，其中visit方法的签名为visit(int, int double)
一种通用类型，其中visit方法的签名为visit(int, int Double)。

从这起公寓，两个访客完成相同的操作。我的想法是尝试衡量装箱/拆箱的成本。

所以这是完整的程序

public class VisitorsBenchmark {
    public interface Array2DGenericVisitor<TYPE, RET> {

        void begin(int width, int height);

        RET end();

        void visit(int x, int y, TYPE value);
    }

    public interface Array2DPrimitiveVisitor<RET> {

        void begin(final int width, final int height);

        RET end();

        void visit(final int x, final int y, final double value);
    }

    public static <RET>
        RET
        accept(final int width,
               final int height,
               final double[] data,
               final Array2DGenericVisitor<Double, RET> visitor) {

        final int size = width * height;
        visitor.begin(width, height);
        for (int i = 0, x = 0, y = 0; i < size; i++) {
            visitor.visit(x, y, data[i]);
            x++;
            if (x == width) {
                x = 0;
                y++;
                if (y == height) {
                    y = 0;
                }
            }
        }
        return visitor.end();
    }

    public static <RET> RET accept(final int width,
                                   final int height,
                                   final double[] data,
                                   final Array2DPrimitiveVisitor<RET> visitor) {

        final int size = width * height;
        visitor.begin(width, height);
        for (int i = 0, x = 0, y = 0; i < size; i++) {
            visitor.visit(x, y, data[i]);
            x++;
            if (x == width) {
                x = 0;
                y++;
                if (y == height) {
                    y = 0;
                }
            }
        }
        return visitor.end();
    }

    private static final Array2DGenericVisitor<Double, double[]> generic;

    private static final Array2DPrimitiveVisitor<double[]> primitive;

    static {
        generic = new Array2DGenericVisitor<Double, double[]>() {
            private double[] sum;

            @Override
            public void begin(final int width, final int height) {

                final int length = (int) Math.ceil(Math.hypot(WIDTH, HEIGHT));
                sum = new double[length];
            }

            @Override
            public void visit(final int x, final int y, final Double value) {

                final int r = (int) Math.round(Math.sqrt(x * x + y * y));
                sum[r] += value;
            }

            @Override
            public double[] end() {

                return sum;
            }
        };

        primitive = new Array2DPrimitiveVisitor<double[]>() {
            private double[] sum;

            @Override
            public void begin(final int width, final int height) {

                final int length = (int) Math.ceil(Math.hypot(WIDTH, HEIGHT));
                sum = new double[length];
            }

            @Override
            public void visit(final int x, final int y, final double value) {

                final int r = (int) Math.round(Math.sqrt(x * x + y * y));
                sum[r] += value;
            }

            @Override
            public double[] end() {

                return sum;
            }
        };
    }

    private static final int WIDTH = 300;

    private static final int HEIGHT = 300;

    private static final int NUM_ITERATIONS_PREHEATING = 10000;

    private static final int NUM_ITERATIONS_BENCHMARKING = 10000;

    public static void main(String[] args) {

        final double[] data = new double[WIDTH * HEIGHT];
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            data[i] = Math.random();
        }

        /*
         * Pre-heating.
         */
        for (int i = 0; i < NUM_ITERATIONS_PREHEATING; i++) {
            accept(WIDTH, HEIGHT, data, generic);
        }
        for (int i = 0; i < NUM_ITERATIONS_PREHEATING; i++) {
            accept(WIDTH, HEIGHT, data, primitive);
        }

        /*
         * Benchmarking proper.
         */
        double[] sumPrimitive = null;
        double[] sumGeneric = null;

        double aux = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < NUM_ITERATIONS_BENCHMARKING; i++) {
            sumGeneric = accept(WIDTH, HEIGHT, data, generic);
        }
        final double timeGeneric = System.nanoTime() - aux;

        aux = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < NUM_ITERATIONS_BENCHMARKING; i++) {
            sumPrimitive = accept(WIDTH, HEIGHT, data, primitive);
        }
        final double timePrimitive = System.nanoTime() - aux;

        System.out.println("prim = " + timePrimitive);
        System.out.println("generic = " + timeGeneric);
        System.out.println("generic / primitive = "
                           + (timeGeneric / timePrimitive));
    }
}

我知道JIT非常聪明，所以当两位参观者的表现同样出色时，我并不感到惊讶。更令人惊讶的是，通用访问者的表现似乎比原语略快，这是意料之外的。我知道基准测试有时会很困难，所以我一定做错了。你能发现错误吗？

非常感谢你的帮助！塞巴斯蒂安

[编辑] 我已更新代码以考虑预热阶段（为了让JIT编译器完成其工作）。这不会改变结果，结果始终低于1（0.95 - 0.98）。

Answer 1

我知道基准测试有时很难，所以我一定做错了。你能发现错误吗？

我认为问题在于您的基准测试没有考虑JVM预热。把主要方法的主体放在另一个方法中。然后让您的main方法在循环中重复调用该新方法。最后，检查结果，并丢弃由JIT编译和其他预热效果扭曲的前几个。

Answer 2

小提示：

请勿使用Math.random()执行基准测试，因为结果不确定。你需要像new Random(xxx)。
始终打印操作结果。在单次执行中混合基准测试类型是不好的做法，因为它可能导致不同的调用站点优化（不过你的情况）
double aux = System.nanoTime（）; - 并非所有longs都适合双打 - 正确。
在
打印＆＃39;凝视测试＆＃39;虽然启用了打印编译-XX:-PrintCompilation和垃圾收集 -verbosegc -XX:+PrintGCDetails，但GC可以在“错误”期间启动。测试刚好足以扭曲结果。

<小时/> 编辑：

我确实检查了生成的汇编程序，但没有一个是真正的原因。 Double.valueOf（）没有分配，因为该方法完全内联并优化 - 它只使用CPU寄存器。但是没有硬件规格/ JVM，没有真正的答案。

我找到了一个JVM（1.6.0.26），其中通用版本（Double）具有更好的循环展开（！），这是由于更深入的分析（显然需要EA Double.valueOf()）和可能{ WIDTH / HEIGHT的{3}}。将宽度/高度更改为某些constant folding，结果应该不同。

<小时/> 底线是：除非您知道JVM如何优化并检查生成的机器代码，否则不要使用微基准测试。

_{免责声明：我不是JVM工程师}

Answer 3

这是一个完全“疯狂的猜测”，但我认为这与将字节复制到堆栈有关。传递原始double涉及在堆栈上复制8个字节。传递Double只需复制指针。

Java性能益智游戏：包装类比原始类型更快？

3 个答案: