例如:
a) int [x][y][z]
vs
b) int[x*y*z]
最初我认为我会选择a)以简化
我知道Java不像C那样在内存中线性存储数组。但是这对我的计划有什么影响?
答案 0 :(得分:66)
通常,在搜索此类问题时,最好的办法是查看如何将选项编译为JVM字节码:
multi = new int[50][50];
single = new int[2500];
这被翻译成:
BIPUSH 50
BIPUSH 50
MULTIANEWARRAY int[][] 2
ASTORE 1
SIPUSH 2500
NEWARRAY T_INT
ASTORE 2
所以,正如你所看到的, JVM已经知道我们正在谈论多维数组。
进一步保持:
for (int i = 0; i < 50; ++i)
for (int j = 0; j < 50; ++j)
{
multi[i][j] = 20;
single[i*50+j] = 20;
}
将其翻译(跳过周期):
ALOAD 1: multi
ILOAD 3: i
AALOAD
ILOAD 4: j
BIPUSH 20
IASTORE
ALOAD 2: single
ILOAD 3: i
BIPUSH 50
IMUL
ILOAD 4: j
IADD
BIPUSH 20
IASTORE
所以, 如你看到的, 多维数组在VM内部处理, 无用的指令没有产生任何开销, 而使用单个指令则使用更多指令,因为偏移是手动计算的。
我认为表现不会是这样的问题。
编辑:
我做了一些简单的基准测试,看看这里发生了什么。
我选择尝试不同的例子:
线性读取,
线性写
和随机访问。
时间以毫秒表示(并使用System.nanoTime()
计算。
结果如下:
线性写
线性阅读
随机阅读
随机的一个有点误导,因为它为多维数组生成2个随机数,而单个维生成一个(而PNRG可能会占用一些CPU)。
请注意,我试图让JIT只在第20次运行相同循环后才能通过基准测试。为了完整性,我的java VM如下:
java版“1.6.0_17” Java(TM)SE运行时环境(版本1.6.0_17-b04) Java HotSpot(TM)64位服务器VM(内置14.3-b01,混合模式)
答案 1 :(得分:22)
在当前的CPU上,非缓存内存访问速度比算术缓慢几百倍(参见this presentation和阅读What every programmer should know about memory)。 a)选项将导致大约3次内存查找,而b)选项将导致大约1次内存查找。 CPU的预取算法也可能不起作用。因此b)选项在某些情况下可能更快(它是一个热点,并且数组不适合CPU的缓存)。多快了? - 这取决于申请。
我个人首先会使用a)选项,因为它会产生更简单的代码。如果探查器显示数组访问是瓶颈,那么我会将其转换为b)选项,以便有一对帮助方法来读取和写入数组值(这样凌乱的代码将被限制在那两个方法)。
我做了一个基准,用于将三维int数组(“Multi”列)与等效的1维int数组(“Single”列)进行比较。代码为here并测试here。我使用JVM选项-server -Xmx3G -verbose:gc -XX:+PrintCompilation
在64位jdk1.6.0_18,Windows 7 x64,Core 2 Quad Q6600 @ 3.0 GHz,4 GB DDR2上运行它(我已从以下结果中删除了调试输出)。结果是:
Out of 20 repeats, the minimum time in milliseconds is reported.
Array dimensions: 100x100x100 (1000000)
Multi Single
Seq Write 1 1
Seq Read 1 1
Random Read 99 90 (of which generating random numbers 59 ms)
Array dimensions: 200x200x200 (8000000)
Multi Single
Seq Write 14 13
Seq Read 11 8
Random Read 1482 1239 (of which generating random numbers 474 ms)
Array dimensions: 300x300x300 (27000000)
Multi Single
Seq Write 53 46
Seq Read 34 24
Random Read 5915 4418 (of which generating random numbers 1557 ms)
Array dimensions: 400x400x400 (64000000)
Multi Single
Seq Write 123 111
Seq Read 71 55
Random Read 16326 11144 (of which generating random numbers 3693 ms)
这表明1维数组更快。虽然差异很小,但对于99%的应用来说,它并不值得注意。
我还做了一些测量,通过将preventOptimizingAway += array.get(x, y, z);
替换为preventOptimizingAway += x * y * z;
来估算随机读取基准中生成随机数的开销,并将测量值手动添加到上述结果表中。生成随机数需要随机读取基准测试总时间的1/3或更少,因此内存访问在预期基准测试中占主导地位。用4维和更多维的数组重复这个基准测试会很有趣。可能会使速度差异更大,因为多维数组的最高级别适合CPU的缓存,只有其他级别需要内存查找。
答案 2 :(得分:4)
使用第一个变体(3维),因为它更容易理解,并且产生一些逻辑错误的机会更少(特别是如果你用它来建模三维空间)
答案 3 :(得分:2)
如果您选择后一种路线,那么您将不得不为每个阵列访问执行算术运算。这将是一个痛苦和容易出错的错误(除非你将它包装在提供此功能的类中)。
我不相信在选择平面阵列时有任何(重大)优化(特别是考虑到将其编入索引的算法)。与优化一样,您需要执行一些测量并确定它是否真的值得。