同等の静的メソッドと非静的メソッドの速度の大きな違い

Question 1

このコードでは、mainメソッドでオブジェクトを作成し、そのオブジェクトメソッドを呼び出すとff.twentyDivCount(i)（16010ミリ秒で実行）、このアノテーションを使用して呼び出すよりもはるかに高速にtwentyDivCount(i)実行されます:( 59516ミリ秒で実行）。もちろん、オブジェクトを作成せずに実行する場合は、メソッドを静的にするので、メインで呼び出すことができます。

public class ProblemFive {

    // Counts the number of numbers that the entry is evenly divisible by, as max is 20
    int twentyDivCount(int a) {    // Change to static int.... when using it directly
        int count = 0;
        for (int i = 1; i<21; i++) {

            if (a % i == 0) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        long startT = System.currentTimeMillis();;
        int start = 500000000;
        int result = start;

        ProblemFive ff = new ProblemFive();

        for (int i = start; i > 0; i--) {

            int temp = ff.twentyDivCount(i); // Faster way
                       // twentyDivCount(i) - slower

            if (temp == 20) {
                result = i;
                System.out.println(result);
            }
        }

        System.out.println(result);

        long end = System.currentTimeMillis();;
        System.out.println((end - startT) + " ms");
    }
}

編集：これまでのところ、マシンが異なれば結果も異なるようですが、JRE 1.8。*を使用すると、元の結果が一貫して再現されるように見えます。

Question 2

JRE 1.8.0_45を使用すると、同様の結果が得られます。

調査：

-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -XX:+PrintInliningVMオプションを指定してJavaを実行すると、両方のメソッドがコンパイルされ、インライン化されることが示されます。
メソッド自体について生成されたアセンブリを見ると、大きな違いはありません。
ただし、インライン化されると、生成されたアセンブリは mainでは大きく異なり、インスタンスメソッドは、特にループ展開に関して、より積極的に最適化されます。

次に、上記の疑いを確認するために、ループ展開設定を変えてテストを再度実行しました。私はあなたのコードを次のように実行しました：

-XX:LoopUnrollLimit=0 どちらのメソッドも実行速度が遅くなります（デフォルトオプションの静的メソッドと同様）。
-XX:LoopUnrollLimit=100 どちらのメソッドも高速に実行されます（デフォルトオプションのインスタンスメソッドと同様）。

結論として、デフォルト設定では、ホットスポット1.8.0_45のJITは、メソッドが静的な場合、ループを展開できないようです（ただし、なぜそのように動作するのかはわかりません）。他のJVMは異なる結果をもたらす可能性があります。

Question 3

アッシリアの答えに基づいた、証明されていない推測。

JVMは、ループ展開のしきい値を使用します。これは70のようなものです。何らかの理由で、静的呼び出しはわずかに大きく、展開されません。

結果を更新する

でLoopUnrollLimit52以下で、両方のバージョンが遅いです。
52から71の間では、静的バージョンのみが低速です。
71を超えると、どちらのバージョンも高速です。

私の推測では、静的呼び出しは内部表現でわずかに大きく、OPは奇妙なケースにぶつかったので、これは奇妙です。しかし、違いは約20のようで、意味がありません。

-XX:LoopUnrollLimit=51
5400 ms NON_STATIC
5310 ms STATIC
-XX:LoopUnrollLimit=52
1456 ms NON_STATIC
5305 ms STATIC
-XX:LoopUnrollLimit=71
1459 ms NON_STATIC
5309 ms STATIC
-XX:LoopUnrollLimit=72
1457 ms NON_STATIC
1488 ms STATIC

実験したい人にとっては、私のバージョンが役に立つかもしれません。

Question 4

これをデバッグモードで実行すると、インスタンスと静的の場合の数値は同じになります。つまり、JITは、インスタンスメソッドの場合と同じように、静的な場合にコードをネイティブコードにコンパイルすることを躊躇します。

なぜそうするのですか？言うのは難しいです。これがより大きなアプリケーションであれば、おそらくそれは正しいことをするでしょう...

Question 5

テストを少し調整したところ、次の結果が得られました。

出力：

Dynamic Test:
465585120
232792560
232792560
51350 ms
Static Test:
465585120
232792560
232792560
52062 ms

注意

それらを別々にテストしている間、動的で最大52秒、静的で最大200秒かかりました。

これはプログラムです：

public class ProblemFive {

    // Counts the number of numbers that the entry is evenly divisible by, as max is 20
    int twentyDivCount(int a) {  // Change to static int.... when using it directly
        int count = 0;
        for (int i = 1; i<21; i++) {

            if (a % i == 0) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    static int twentyDivCount2(int a) {
         int count = 0;
         for (int i = 1; i<21; i++) {

             if (a % i == 0) {
                 count++;
             }
         }
         return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Dynamic Test: " );
        dynamicTest();
        System.out.println("Static Test: " );
        staticTest();
    }

    private static void staticTest() {
        long startT = System.currentTimeMillis();;
        int start = 500000000;
        int result = start;

        for (int i = start; i > 0; i--) {

            int temp = twentyDivCount2(i);

            if (temp == 20) {
                result = i;
                System.out.println(result);
            }
        }

        System.out.println(result);

        long end = System.currentTimeMillis();;
        System.out.println((end - startT) + " ms");
    }

    private static void dynamicTest() {
        long startT = System.currentTimeMillis();;
        int start = 500000000;
        int result = start;

        ProblemFive ff = new ProblemFive();

        for (int i = start; i > 0; i--) {

            int temp = ff.twentyDivCount(i); // Faster way

            if (temp == 20) {
                result = i;
                System.out.println(result);
            }
        }

        System.out.println(result);

        long end = System.currentTimeMillis();;
        System.out.println((end - startT) + " ms");
    }
}

また、テストの順序を次のように変更しました。

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Static Test: " );
    staticTest();
    System.out.println("Dynamic Test: " );
    dynamicTest();
}

そして私はこれを手に入れました：

Static Test:
465585120
232792560
232792560
188945 ms
Dynamic Test:
465585120
232792560
232792560
50106 ms

ご覧のとおり、静的の前に動的が呼び出されると、静的の速度が劇的に低下しました。

このベンチマークに基づく：

私は仮説を立てますはそれがすべてJVMの最適化に依存しているします。したがって、静的メソッドと動的メソッドの使用については、経験則に従うことをお勧めします。

経験則：

Java：静的メソッドをいつ使用するか

Question 6

してみてください：

public class ProblemFive {
    public static ProblemFive PROBLEM_FIVE = new ProblemFive();

    public static void main(String[] args) {
        long startT = System.currentTimeMillis();
        int start = 500000000;
        int result = start;


        for (int i = start; i > 0; i--) {
            int temp = PROBLEM_FIVE.twentyDivCount(i); // faster way
            // twentyDivCount(i) - slower

            if (temp == 20) {
                result = i;
                System.out.println(result);
                System.out.println((System.currentTimeMillis() - startT) + " ms");
            }
        }

        System.out.println(result);

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println((end - startT) + " ms");
    }

    int twentyDivCount(int a) {  // change to static int.... when using it directly
        int count = 0;
        for (int i = 1; i < 21; i++) {

            if (a % i == 0) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}