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尽可能使用堆栈变量

王朝java/jsp·作者佚名  2006-01-08
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如果您频繁存取变量,就需要考虑从何处存取这些变量。变量是 static 变量,还是堆栈变量,或者是类的实例变量?变量的存储位置对存取它的代码的性能有明显的影响?例如,请考虑下面这段代码:

class StackVars

{

private int instVar;

private static int staticVar;

//存取堆栈变量

void stackAccess(int val)

{

int j=0;

for (int i=0; i<val; i++)

j += 1;

}

//存取类的实例变量

void instanceAccess(int val)

{

for (int i=0; i<val; i++)

instVar += 1;

}

//存取类的 static 变量

void staticAccess(int val)

{

for (int i=0; i<val; i++)

staticVar += 1;

}

}

这段代码中的每个方法都执行相同的循环,并反复相同的次数。唯一的不同是每个循环使一个不同类型的变量递增。方法 stackAccess 使一个局部堆栈变量递增,instanceAccess 使类的一个实例变量递增,而 staticAccess 使类的一个 static 变量递增。

instanceAccess 和 staticAccess 的执行时间基本相同。但是,stackAccess 要快两到三倍。存取堆栈变量如此快是因为,JVM 存取堆栈变量比它存取 static 变量或类的实例变量执行的操作少。请看一下为这三个方法生成的字节码:

Method void stackAccess(int)

0 iconst_0 //将 0 压入堆栈。

1 istore_2 //弹出 0 并将它存储在局部分变量表中索引为 2 的位置 (j)。

2 iconst_0 //压入 0。

3 istore_3 //弹出 0 并将它存储在局部变量表中索引为 3 的位置 (i)。

4 goto 13 //跳至位置 13。

7 iinc 2 1 //将存储在索引 2 处的 j 加 1。

10 iinc 3 1 //将存储在索引 3 处的 i 加 1。

13 iload_3 //压入索引 3 处的值 (i)。

14 iload_1 //压入索引 1 处的值 (val)。

15 if_icmplt 7 //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val,则跳至位置 7。

18 return //返回调用方法。

Method void instanceAccess(int)

0 iconst_0 //将 0 压入堆栈。

1 istore_2 //弹出 0 并将它存储在局部变量表中索引为 2 的位置 (i)。

2 goto 18 //跳至位置 18。

5 aload_0 //压入索引 0 (this)。

6 dup //复制堆栈顶的值并将它压入。

7 getfield #19 <Field int instVar>

//弹出 this 对象引用并压入 instVar 的值。

10 iconst_1 //压入 1。

11 iadd //弹出栈顶的两个值,并压入它们的和。

12 putfield #19 <Field int instVar>

//弹出栈顶的两个值并将和存储在 instVar 中。

15 iinc 2 1 //将存储在索引 2 处的 i 加 1。

18 iload_2 //压入索引 2 处的值 (i)。

19 iload_1 //压入索引 1 处的值 (val)。

20 if_icmplt 5 //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val,则跳至位置 5。

23 return //返回调用方法。

Method void staticAccess(int)

0 iconst_0 //将 0 压入堆栈。

1 istore_2 //弹出 0 并将它存储在局部变量表中索引为 2 的位置 (i)。

2 goto 16 //跳至位置 16。

5 getstatic #25 <Field int staticVar>

//将常数存储池中 staticVar 的值压入堆栈。

8 iconst_1 //压入 1。

9 iadd //弹出栈顶的两个值,并压入它们的和。

10 putstatic #25 <Field int staticVar>

//弹出和的值并将它存储在 staticVar 中。

13 iinc 2 1 //将存储在索引 2 处的 i 加 1。

16 iload_2 //压入索引 2 处的值 (i)。

17 iload_1 //压入索引 1 处的值 (val)。

18 if_icmplt 5 //弹出 i 和 val。如果 i 小于 val,则跳至位置 5。

21 return //返回调用方法。

查看字节码揭示了堆栈变量效率更高的原因。JVM 是一种基于堆栈的虚拟机,因此优化了对堆栈数据的存取和处理。所有局部变量都存储在一个局部变量表中,在 Java 操作数堆栈中进行处理,并可被高效地存取。存取 static 变量和实例变量成本更高,因为 JVM 必须使用代价更高的操作码,并从常数存储池中存取它们。(常数存储池保存一个类型所使用的所有类型、字段和方法的符号引用。)

通常,在第一次从常数存储池中访问 static 变量或实例变量以后,JVM 将动态更改字节码以使用效率更高的操作码。尽管有这种优化,堆栈变量的存取仍然更快。

考虑到这些事实,就可以重新构建前面的代码,以便通过存取堆栈变量而不是实例变量或 static 变量使操作更高效。请考虑修改后的代码:

class StackVars

{

//与前面相同...

void instanceAccess(int val)

{

int j = instVar;

for (int i=0; i<val; i++)

j += 1;

instVar = j;

}

void staticAccess(int val)

{

int j = staticVar;

for (int i=0; i<val; i++)

j += 1;

staticVar = j;

}

}

方法 instanceAccess 和 staticAccess 被修改为将它们的实例变量或 static 变量复制到局部堆栈变量中。当变量的处理完成以后,其值又被复制回实例变量或 static 变量中。这种简单的更改明显提高了 instanceAccess 和 staticAccess 的性能。这三个方法的执行时间现在基本相同,instanceAccess 和 staticAccess 的执行速度只比 stackAccess 的执行速度慢大约 4%。

这并不表示您应该避免使用 static 变量或实例变量。您应该使用对您的设计有意义的存储机制。例如,如果您在一个循环中存取 static 变量或实例变量,则您可以临时将它们存储在一个局部堆栈变量中,这样就可以明显地提高代码的性能。这将提供最高效的字节码指令序列供 JVM 执行。

 
 
 
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