Question

我对Project Euler problem 5有一些不同的解决方案，但是这个特定实现中两种语言/平台之间的执行时间差异引起了我的兴趣。我没有使用编译器标志进行任何优化，只是简单javac（通过命令行）和csc（通过Visual Studio）。

这是Java代码。它在55ms结束。

public class Problem005b
{
    public static void main(String[] args)
    {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        int i = 20;
        while (true)
        {
            if (
                    (i % 19 == 0) &&
                    (i % 18 == 0) &&
                    (i % 17 == 0) &&
                    (i % 16 == 0) &&
                    (i % 15 == 0) &&
                    (i % 14 == 0) &&
                    (i % 13 == 0) &&
                    (i % 12 == 0) &&
                    (i % 11 == 0)
                )
            {
                break;
            }
            i += 20;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(i);
        System.out.println(end-begin + "ms");
    }

}

这是相同的C＃代码。它在320毫秒完成

using System;

namespace ProjectEuler05
{
    class Problem005
    {
        static void Main(String[] args)
        {
            DateTime begin = DateTime.Now;
            int i = 20;
            while (true)
            {
                if (
                        (i % 19 == 0) &&
                        (i % 18 == 0) &&
                        (i % 17 == 0) &&
                        (i % 16 == 0) &&
                        (i % 15 == 0) &&
                        (i % 14 == 0) &&
                        (i % 13 == 0) &&
                        (i % 12 == 0) &&
                        (i % 11 == 0)
                    )
                    {
                        break;
                    }
                i += 20;
            }
            DateTime end = DateTime.Now;
            TimeSpan elapsed = end - begin;
            Console.WriteLine(i);
            Console.WriteLine(elapsed.TotalMilliseconds + "ms");
        }
    }
}

Answer 1

要对代码执行进行计时，您应该使用StopWatch类。
此外，您必须考虑JIT，运行时等，因此让测试运行足够的次数（例如10,000次，100,000次）并获得某种平均值。重要的是多次运行代码，不该程序。所以编写一个方法，并在main方法中循环以获得测量结果。
从程序集中删除所有调试内容，让代码在发布版本中独立运行

Answer 2

可以进行一些优化。也许Java JIT正在执行它们而CLR不是。

优化＃1：

(x % a == 0) && (x % b == 0) && ... && (x % z == 0)

相当于

(x % lcm(a, b, ... z) == 0)

因此，在您的示例中，比较链可以替换为

if (i % 232792560 == 0) break;

（但是当然如果你已经计算过LCM，那么首先运行程序就没什么意义了！）

优化＃2 ：

这也是等效的：

if (i % (14549535 * 16)) == 0 break;

或

if ((i % 16 == 0) && (i % 14549535 == 0)) break;

可以用掩码替换第一个分区并与零进行比较：

if (((i & 15) == 0) && (i % 14549535 == 0)) break;

第二个除法可以用模数逆的乘法代替：

final long LCM = 14549535;
final long INV_LCM = 8384559098224769503L; // == 14549535**-1 mod 2**64
final long MAX_QUOTIENT = Long.MAX_VALUE / LCM;
// ...
if (((i & 15) == 0) &&
    (0 <= (i>>4) * INV_LCM) &&
    ((i>>4) * INV_LCM < MAX_QUOTIENT)) {
    break;
}

JIT使用它有点不太可能，但它并不像你想象的那么牵强 - 一些C编译器以这种方式实现指针减法。

Answer 3

使这两者变得更接近的关键是确保比较公平。

首先确保与运行Debug构建相关的成本，像你一样加载pdb符号。

接下来，您需要确保不计算初始成本。显然这些都是实际成本，对某些人来说可能很重要，但在这种情况下，我们对循环本身很感兴趣。

接下来，您需要处理特定于平台的行为。如果您使用的是64位Windows机器，则可能在32位或64位模式下运行。在64位模式下，JIT在许多方面都有所不同，通常会大大改变生成的代码。具体而言，我会相应地猜测，您可以访问两倍的通用寄存器。

在这种情况下，循环的内部部分在天真地转换为机器代码时，需要将模数测试中使用的常量加载到寄存器中。如果没有足够的东西来保存循环中所需的一切，那么它必须将它们从内存中推入。即使来自level1缓存，与将它们全部保存在寄存器中相比，这将是一个重大的打击。

在VS 2010 MS changed the default target from anycpu to x86中。我没有像MSFT的资源或面向客户的知识，所以我不会试图再次猜测。但是，任何看过你正在进行的性能分析的人都应该尝试两种方法。

一旦解决了这些差异，这些数字似乎就更合理了。任何进一步的差异可能需要比有根据的猜测更好，相反，他们需要调查生成的机器代码中的实际差异。

对于优化编译器，我认为这有几件事情会很有趣。

已经提到过的人：
- lcm选项很有趣，但我看不到编译器编写者的烦恼。
- 减少乘法和屏蔽的划分。
  - 我对此并不了解，但是other people have tried注意到他们会在更新的英特尔芯片上更好地调出分频器。
  - 也许你甚至可以用SSE2安排复杂的事情。
  - 当然，模数16操作已经成熟，可以转换为蒙版或移位。
- 编译器可以发现没有任何测试有副作用。
  - 它可以推测性地尝试同时评估其中几个，在一个超级标量处理器上，这可以提高速度，但在很大程度上取决于编译器布局与OO执行引擎的交互程度。
- 如果寄存器压力很小，您可以将常量实现为单个变量，在每个循环的开头设置，然后随着时间的推移递增。

这些都是完全猜测，应该被视为空闲的曲折。如果你想知道反汇编它。

Answer 4

这是一个太短的任务，无法做适当的时机。你需要至少运行1000次，看看会发生什么。看起来你从命令行运行它们，在这种情况下你可能会比较两者的JIT编译器。尝试将两个按钮放在简单的GUI中，并且至少在返回经过的时间之前让按钮循环几百次。即使忽略JIT编译，也可能会因操作系统调度程序的粒度而失去时序。

哦，因为JIT ...只计算按下按钮的第二个结果。：）

Answer 5

也许是因为DateTime对象的构造比System.currentTimeMillis昂贵得多。

Answer 6

在Java中我会使用System.nanoTime（）。任何花费不到2秒的测试都应该运行更长时间。值得注意的是，Java非常擅长优化效率低下的代码或代码，而这些代码或代码无效。如果您优化了代码，那么更有趣的测试就是。

您正在尝试获得一个可以在不使用循环的情况下确定的解决方案。即另一种方式可以做得更好的问题。

您想要的因子为11到20，即2,2,2,2,3,3,5,7,11,13,17,19。将这些加在一起就可以得到答案。

Answer 7

（从OP移动）

将目标从x86更改为anycpu已将平均执行时间从每次运行降低到84毫秒，低于282毫秒。也许我应该把它分成第二个线程？

<强>更新
感谢下面的Femaref谁pointed out some testing problems，实际上，在遵循他的建议之后，时间更短，表明VM的设置时间在Java中很重要，但可能不在C＃中。在C＃中，调试符号很重要。

我更新了我的代码以运行每个循环10,000次，并且最后只输出平均ms。我做的唯一重大改变是C＃版本，我切换到[StopWatch类] [3]以获得更高的分辨率。我坚持了几毫秒，因为它已经足够好了。

<强>结果：
测试更改并不能解释为什么Java（仍然）比C＃快得多。 C＃性能更好，但这可以通过删除调试符号来完全解释。如果您阅读[Mike Two] [4]以及我对本OP所附评论的交流，您将看到我在五次C＃代码中平均得到〜280ms，只需从Debug切换到Release

编号：

未经修改的Java代码的10,000计数循环给了我平均45ms（从55ms开始）
使用StopWatch类的C＃代码的10,000计数循环给了我平均282ms（从320ms开始）

所有这些都使得区别无法解释。事实上，差异变得更糟。 Java从快5.8倍增加到快6.2倍。

为什么这个Java代码比相同的C＃代码快6倍？

7 个答案: