स्ट्रिंग संयोजन, या पैच बायटेकोड

मैंने हाल ही में जावा कोड के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के बारे में एक लेख पढ़ा - विशेष रूप से, स्ट्रिंग संयोजन। इसमें सवाल यह रहा कि कट के तहत कोड में स्ट्रिंगबर्ल का उपयोग करते समय कार्यक्रम सरल जोड़ के साथ अधिक धीमी गति से क्यों चलता है। इस मामले में, संकलन के दौरान + = StringBuilder.append () कॉल में बदल जाता है।

मैं तुरंत समस्या को हल करने की इच्छा रखता था।

// ~20 000 000    public String stringAppend() { String s = "foo"; s += ", bar"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", bar"; s += ", bar"; s += ", bar"; s += ", bar"; s += ", bar"; s += ", bar"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", baz"; s += ", qux"; s += ", baz"; s += ", qux"; return s; } // ~7 000 000    public String stringAppendBuilder() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("foo"); sb.append(", bar"); sb.append(", bar"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); sb.append(", baz"); sb.append(", qux"); return sb.toString(); } 

फिर मेरे सारे तर्क इस तथ्य पर उतर आए कि जेवीएम के अंदर यह अकथनीय जादू है, और मैंने महसूस करने की कोशिश की कि क्या हो रहा है। हालांकि, स्ट्रिंग्स के साथ काम करने की गति में प्लेटफार्मों के बीच मतभेदों की अगली चर्चा के दौरान, मेरे दोस्त yegorf1 ने यह पता लगाने का फैसला किया कि यह जादू क्यों और कैसे वास्तव में होता है।

ओरेकल जावा एसई

अद्यतन: परीक्षण 8 जावा पर किए गए थे
स्पष्ट समाधान बाइटकोड में स्रोत कोड को इकट्ठा करना है, और फिर इसकी सामग्री को देखें। तो हमने किया। टिप्पणियों में सुझाव दिए गए थे कि त्वरण अनुकूलन से संबंधित है - लगातार लाइनों को स्पष्ट रूप से संकलन स्तर पर एक साथ चिपका दिया जाना चाहिए। यह पता चला कि ऐसा नहीं है। यहाँ javap के साथ विघटित bytecode का एक हिस्सा है:

  public java.lang.String stringAppend(); Code: 0: ldc #2 // String foo 2: astore_1 3: new #3 // class java/lang/StringBuilder 6: dup 7: invokespecial #4 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 10: aload_1 11: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 14: ldc #6 // String , bar 16: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 

आप देख सकते हैं कि कोई अनुकूलन नहीं किया गया है। अजीब है, है ना? ठीक है, चलो दूसरे फ़ंक्शन का बायटेकोड देखें।

  public java.lang.String stringAppendBuilder(); Code: 0: new #3 // class java/lang/StringBuilder 3: dup 4: invokespecial #4 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: ldc #2 // String foo 11: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 14: pop 15: aload_1 16: ldc #6 // String , bar 18: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 

यहाँ फिर से, कोई अनुकूलन? इसके अलावा, आइए 8, 14 और 15 बाइट्स के निर्देशों पर एक नज़र डालें। एक अजीब बात वहां होती है - सबसे पहले, स्ट्रिंगबुलस्ट क्लास के ऑब्जेक्ट का एक संदर्भ स्टैक पर लोड किया जाता है, फिर इसे स्टैक से फेंक दिया जाता है और फिर से लोड किया जाता है। सबसे सरल समाधान मन में आता है:

  public java.lang.String stringAppendBuilder(); Code: 0: new #41 // class java/lang/StringBuilder 3: dup 4: invokespecial #4 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: ldc #2 // String foo 11: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 14: ldc #6 // String , bar 16: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 

अनावश्यक निर्देशों को बाहर फेंकने पर, हमें एक कोड मिलता है जो स्ट्रिंगएपेंड संस्करण की तुलना में 1.5 गुना तेजी से काम करता है, जिसमें यह अनुकूलन पहले से ही किया गया है। इस प्रकार, "जादू" का दोष अधूरा बायोटेक कंपाइलर है, जो काफी सरल अनुकूलन नहीं कर सकता है।

Android ART

अपडेट: कोड को बिल्ड बिल्डूल के साथ sdk 28 के तहत बनाया गया था
तो, यह पता चला है कि समस्या स्टैक JVM के लिए बाईटेकोड में जावा कंपाइलर के कार्यान्वयन से संबंधित है। यहां हमने ART के अस्तित्व को याद किया , जो Android Open Source Project का हिस्सा है । यह वर्चुअल मशीन, या बल्कि, मूल कोड में बाईटेकोड संकलक, ओरेकल के एक मुकदमे में लिखा गया था, जो हमें यह विश्वास करने के लिए हर कारण देता है कि ओरेकल कार्यान्वयन से अंतर महत्वपूर्ण हैं। इसके अलावा, एआरएम प्रोसेसर की बारीकियों के कारण, यह वर्चुअल मशीन एक रजिस्टर है, स्टैक नहीं।

आइए एक नज़र डालते हैं स्माली (एआरटी के तहत बाइटकोड प्रतिनिधित्व में से एक):

 # virtual methods .method public stringAppend()Ljava/lang/String; .registers 4 .prologue .line 6 const-string/jumbo v0, "foo" .line 7 .local v0, "s":Ljava/lang/String; new-instance v1, Ljava/lang/StringBuilder; invoke-direct {v1}, Ljava/lang/StringBuilder;-><init>()V invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; move-result-object v1 const-string/jumbo v2, ", bar" invoke-virtual {v1, v2}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; move-result-object v1 //... .method public stringAppendBuilder()Ljava/lang/String; .registers 3 .prologue .line 13 new-instance v0, Ljava/lang/StringBuilder; invoke-direct {v0}, Ljava/lang/StringBuilder;-><init>()V .line 14 .local v0, "sb":Ljava/lang/StringBuilder; const-string/jumbo v1, "foo" invoke-virtual {v0, v1}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; .line 15 const-string/jumbo v1, ", bar" invoke-virtual {v0, v1}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; //... 

इस संस्करण में stringAppendBuilder में स्टैक के साथ अधिक समस्याएं नहीं हैं - मशीन एक रजिस्टर है, और वे सिद्धांत रूप में नहीं हो सकते हैं। हालांकि, यह बिल्कुल जादुई चीजों के अस्तित्व में हस्तक्षेप नहीं करता है:

 move-result-object v1 

StringAppend में यह स्ट्रिंग कुछ भी नहीं करता है - StringBuilder ऑब्जेक्ट के लिए लिंक हमें पहले से ही v1 रजिस्टर में है। यह मान लेना तर्कसंगत होगा कि stringAppend अधिक धीमी गति से काम करेगा। यह प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की जाती है - परिणाम स्टैक जेवीएम के लिए कार्यक्रम के "पैच" संस्करण के परिणाम के समान है: स्ट्रिंगबर्ब्ली लगभग डेढ़ गुना तेजी से काम करता है।