Различная производительность if и if else в Java

Я заметил, что присваивание if else/тройное (condition ? a : b) выполняется быстрее, чем условное присваивание только в операторе if. Я провел тесты JMH на разных JDK, но сосредоточусь на JDK 12.

(операций в секунду, чем выше, тем лучше) Тестовый анализ JMH

Исходный код:

@State(Scope.Benchmark)
public class FindMaxBenchmark {
    public static int SIZE = 1_000_000;

    @Benchmark
    @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
    public static void findMax_if(Blackhole bh, Mock mock) {
        int result = Integer.MIN_VALUE;
        int[] data = mock.tab;

        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            if (data[i] > result) {
                result = data[i];
            }
        }

        bh.consume(result);
    }

    @Benchmark
    @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
    public static void findMax_if_else(Blackhole bh, Mock mock) {
        int result = Integer.MIN_VALUE;
        int[] data = mock.tab;

        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            if (data[i] > result) {
                result = data[i];
            } else {
                result = result;
            }
        }

        bh.consume(result);
    }

    @Benchmark
    @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
    public static void findMax_ternary(Blackhole bh, Mock mock) {
        int result = Integer.MIN_VALUE;
        int[] data = mock.tab;

        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            result = data[i] > result ? data[i] : result;
        }

        bh.consume(result);
    }

    @Benchmark
    @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
    public static void findMax_intrinsicMax(Blackhole bh, Mock mock) {
        int result = Integer.MIN_VALUE;
        int[] data = mock.tab;

        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            result = Math.max(data[i], result);
        }

        bh.consume(result);
    }

    @State(Scope.Thread)
    public static class Mock {
        private int[] tab = new int[SIZE];

        public int[] getTab() {
            return tab;
        }

        @Setup(Level.Iteration)
        public void setup() {
            Random r = new Random();
            this.tab = r.ints(SIZE).toArray();
        }
    }
}

findMax_if_else вывод perfasm (тройной код почти такой же):

c2, level 4, codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else, version 493 (165 bytes)

                             0x00007fc7a8671a6b: cmp    r8d,ebp
         ╭                   0x00007fc7a8671a6e: jae    0x00007fc7a8671b3d
         │                   0x00007fc7a8671a74: mov    edx,DWORD PTR [r9+0x10]        ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │                                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
         │                   0x00007fc7a8671a78: cmp    edx,0x80000000
         │╭                  0x00007fc7a8671a7e: jg     0x00007fc7a8671a85             ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││                                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@23 (line 34)
         ││                  0x00007fc7a8671a80: mov    edx,0x80000000                 ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││                                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
         │↘                  0x00007fc7a8671a85: mov    ebx,ebp
  0.02%  │                   0x00007fc7a8671a87: add    ebx,0xfffffffd
         │                   0x00007fc7a8671a8a: cmp    r8d,ebx
         │                   0x00007fc7a8671a8d: cmovl  ebx,r11d
         │                   0x00007fc7a8671a91: mov    r8d,0x1
  0.00%  │                   0x00007fc7a8671a97: cmp    ebx,0x1
         │ ╭                 0x00007fc7a8671a9a: jle    0x00007fc7a8671b00
         │ │                 0x00007fc7a8671a9c: mov    rdi,r9                         ;*goto {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │                                                                           ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@39 (line 33)
         │ │╭                0x00007fc7a8671a9f: jmp    0x00007fc7a8671ab9
  0.01%  │ ││     ↗          0x00007fc7a8671aa1: mov    edx,ecx
         │ ││     │          0x00007fc7a8671aa3: nop    DWORD PTR [rax+0x0]
         │ ││     │          0x00007fc7a8671aaa: nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  8.06%  │ ││    ↗│          0x00007fc7a8671ab0: add    r8d,0x4                        ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ ││    ││                                                                    ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
 11.38%  │ ││    ││          0x00007fc7a8671ab4: cmp    r8d,ebx
 13.63%  │ ││╭   ││          0x00007fc7a8671ab7: jge    0x00007fc7a8671af1             ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │││   ││                                                                    ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@18 (line 34)
  3.02%  │ │↘│   ││   ↗      0x00007fc7a8671ab9: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x10]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │   ││   │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
  8.53%  │ │ │   ││   │      0x00007fc7a8671abe: cmp    r11d,edx
  4.54%  │ │ │╭  ││   │      0x00007fc7a8671ac1: jg     0x00007fc7a8671ae2             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││  ││   │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
  4.96%  │ │ ││  ││↗  │      0x00007fc7a8671ac3: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x14]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││  │││  │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
  3.73%  │ │ ││  │││  │      0x00007fc7a8671ac8: cmp    r11d,edx
  9.19%  │ │ ││╭ │││  │      0x00007fc7a8671acb: jg     0x00007fc7a8671ae7             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │││ │││  │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
  3.70%  │ │ │││ │││↗ │      0x00007fc7a8671acd: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x18]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │││ ││││ │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
  4.96%  │ │ │││ ││││ │      0x00007fc7a8671ad2: cmp    r11d,edx
  4.45%  │ │ │││╭││││ │      0x00007fc7a8671ad5: jg     0x00007fc7a8671aec             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││││││ │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
  8.55%  │ │ ││││││││↗│      0x00007fc7a8671ad7: mov    ecx,DWORD PTR [r9+r8*4+0x1c]   ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││││││││                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
  6.11%  │ │ ││││││││││      0x00007fc7a8671adc: cmp    ecx,edx
  2.48%  │ │ ││││╰│││││      0x00007fc7a8671ade: jle    0x00007fc7a8671ab0             ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││ │││││                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@23 (line 34)
         │ │ ││││ ╰││││      0x00007fc7a8671ae0: jmp    0x00007fc7a8671aa1
         │ │ │↘││  ││││      0x00007fc7a8671ae2: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │ ││  ╰│││      0x00007fc7a8671ae5: jmp    0x00007fc7a8671ac3
  0.00%  │ │ │ ↘│   │││      0x00007fc7a8671ae7: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │  │   ╰││      0x00007fc7a8671aea: jmp    0x00007fc7a8671acd
  0.00%  │ │ │  ↘    ││      0x00007fc7a8671aec: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │       ╰│      0x00007fc7a8671aef: jmp    0x00007fc7a8671ad7
         │ │ ↘        │      0x00007fc7a8671af1: mov    r11,QWORD PTR [r15+0x108]      ; ImmutableOopMap{r10=Oop r9=NarrowOop rdi=Oop }
         │ │          │                                                                ;*goto {reexecute=1 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │          │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@39 (line 33)
         │ │          │      0x00007fc7a8671af8: test   DWORD PTR [r11],eax            ;*goto {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │          │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@39 (line 33)
         │ │          │                                                                ;   {poll}
         │ │          │      0x00007fc7a8671afb: cmp    r8d,ebx
  0.00%  │ │          ╰      0x00007fc7a8671afe: jl     0x00007fc7a8671ab9
         │ ↘                 0x00007fc7a8671b00: cmp    r8d,ebp
  0.00%  │             ╭     0x00007fc7a8671b03: jge    0x00007fc7a8671b1a
         │             │     0x00007fc7a8671b05: data16 xchg ax,ax                     ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             │                                                               ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@18 (line 34)
         │             │ ↗   0x00007fc7a8671b08: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x10]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             │ │                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
  0.01%  │             │ │   0x00007fc7a8671b0d: cmp    r11d,edx
         │             │╭│   0x00007fc7a8671b10: jg     0x00007fc7a8671b38
         │             │││↗  0x00007fc7a8671b12: inc    r8d                            ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             ││││                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
         │             ││││  0x00007fc7a8671b15: cmp    r8d,ebp
         │             ││╰│  0x00007fc7a8671b18: jl     0x00007fc7a8671b08             ;*if_icmpge {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             ││ │                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@15 (line 33)
         │             ↘│ │  0x00007fc7a8671b1a: test   r10,r10
  0.00%  │              │ │  0x00007fc7a8671b1d: je     0x00007fc7a8671b52
         │              │ │  0x00007fc7a8671b1f: mov    rsi,r10
         │              │ │  0x00007fc7a8671b22: nop
         │              │ │  0x00007fc7a8671b23: call   0x00007fc7a8671ba0             ; ImmutableOopMap{}
         │              │ │                                                            ;*invokevirtual consume {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │              │ │                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@44 (line 41)
         │              │ │                                                            ;   {optimized virtual_call}
         │              │ │  0x00007fc7a8671b28: add    rsp,0x20
  0.01%  │              │ │  0x00007fc7a8671b2c: pop    rbp
         │              │ │  0x00007fc7a8671b2d: mov    r10,QWORD PTR [r15+0x108]
         │              │ │  0x00007fc7a8671b34: test   DWORD PTR [r10],eax            ;   {poll_return}
         │              │ │  0x00007fc7a8671b37: ret
         │              ↘ │  0x00007fc7a8671b38: mov    edx,r11d
         │                ╰  0x00007fc7a8671b3b: jmp    0x00007fc7a8671b12
         ↘                   0x00007fc7a8671b3d: mov    esi,0xffffff7e
                             0x00007fc7a8671b42: mov    QWORD PTR [rsp],r10
                             0x00007fc7a8671b46: mov    DWORD PTR [rsp+0x8],r9d
                             0x00007fc7a8671b4b: call   0x00007fc7a0ba3d00             ; ImmutableOopMap{[0]=Oop [8]=NarrowOop }
                                                                                       ;*if_icmpge {reexecute=1 rethrow=0 return_oop=0}

findMax_if результат производительности:

c2, level 4, codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if, version 480 (165 bytes)

                              0x00007f34cc66e7eb: cmp    r8d,ebp
         ╭                    0x00007f34cc66e7ee: jae    0x00007f34cc66e8c4
         │                    0x00007f34cc66e7f4: mov    edx,DWORD PTR [r9+0x10]        ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │                                                                              ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
         │                    0x00007f34cc66e7f8: cmp    edx,0x80000000
         │╭                   0x00007f34cc66e7fe: jg     0x00007f34cc66e805             ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││                                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@23 (line 19)
         ││                   0x00007f34cc66e800: mov    edx,0x80000000                 ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││                                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
         │↘                   0x00007f34cc66e805: mov    ebx,ebp
  0.01%  │                    0x00007f34cc66e807: add    ebx,0xfffffffd
         │                    0x00007f34cc66e80a: cmp    r8d,ebx
         │                    0x00007f34cc66e80d: cmovl  ebx,r11d
         │                    0x00007f34cc66e811: mov    r8d,0x1
         │                    0x00007f34cc66e817: cmp    ebx,0x1
         │ ╭                  0x00007f34cc66e81a: jle    0x00007f34cc66e880
         │ │                  0x00007f34cc66e81c: mov    rdi,r9                         ;*goto {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │                                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@34 (line 18)
         │ │╭                 0x00007f34cc66e81f: jmp    0x00007f34cc66e839
         │ ││    ↗            0x00007f34cc66e821: mov    edx,ecx
  0.00%  │ ││    │            0x00007f34cc66e823: nop    DWORD PTR [rax+0x0]
         │ ││    │            0x00007f34cc66e82a: nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  0.89%  │ ││    │↗           0x00007f34cc66e830: add    r8d,0x4                        ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ ││    ││                                                                     ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
 12.36%  │ ││    ││           0x00007f34cc66e834: cmp    r8d,ebx
  0.11%  │ ││╭   ││           0x00007f34cc66e837: jge    0x00007f34cc66e871             ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │││   ││                                                                     ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@18 (line 19)
  9.94%  │ │↘│   ││   ↗       0x00007f34cc66e839: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x10]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │   ││   │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
  0.11%  │ │ │   ││   │       0x00007f34cc66e83e: cmp    r11d,edx
 10.05%  │ │ │╭  ││   │       0x00007f34cc66e841: jg     0x00007f34cc66e862             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││  ││   │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
  0.13%  │ │ ││  ││↗  │       0x00007f34cc66e843: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x14]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││  │││  │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
  9.84%  │ │ ││  │││  │       0x00007f34cc66e848: cmp    r11d,edx
  0.11%  │ │ ││╭ │││  │       0x00007f34cc66e84b: jg     0x00007f34cc66e867             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │││ │││  │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
 10.02%  │ │ │││ │││↗ │       0x00007f34cc66e84d: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x18]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ │││ ││││ │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
  0.33%  │ │ │││ ││││ │       0x00007f34cc66e852: cmp    r11d,edx
 23.63%  │ │ │││╭││││ │       0x00007f34cc66e855: jg     0x00007f34cc66e86c             ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││││││ │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
  0.13%  │ │ ││││││││↗│       0x00007f34cc66e857: mov    ecx,DWORD PTR [r9+r8*4+0x1c]   ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││││││││                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
  9.89%  │ │ ││││││││││       0x00007f34cc66e85c: cmp    ecx,edx
  0.11%  │ │ ││││╰│││││       0x00007f34cc66e85e: jg     0x00007f34cc66e821             ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │ ││││ │││││                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@23 (line 19)
  9.71%  │ │ ││││ ╰││││       0x00007f34cc66e860: jmp    0x00007f34cc66e830
         │ │ │↘││  ││││       0x00007f34cc66e862: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │ ││  ╰│││       0x00007f34cc66e865: jmp    0x00007f34cc66e843
         │ │ │ ↘│   │││       0x00007f34cc66e867: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │  │   ╰││       0x00007f34cc66e86a: jmp    0x00007f34cc66e84d
         │ │ │  ↘    ││       0x00007f34cc66e86c: mov    edx,r11d
  0.00%  │ │ │       ╰│       0x00007f34cc66e86f: jmp    0x00007f34cc66e857
         │ │ ↘        │       0x00007f34cc66e871: mov    r11,QWORD PTR [r15+0x108]      ; ImmutableOopMap{r10=Oop r9=NarrowOop rdi=Oop }
         │ │          │                                                                 ;*goto {reexecute=1 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │          │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@34 (line 18)
  0.00%  │ │          │       0x00007f34cc66e878: test   DWORD PTR [r11],eax            ;*goto {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ │          │                                                                 ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@34 (line 18)
         │ │          │                                                                 ;   {poll}
         │ │          │       0x00007f34cc66e87b: cmp    r8d,ebx
         │ │          ╰       0x00007f34cc66e87e: jl     0x00007f34cc66e839
         │ ↘                  0x00007f34cc66e880: cmp    r8d,ebp
  0.00%  │             ╭      0x00007f34cc66e883: jge    0x00007f34cc66e89a
         │             │      0x00007f34cc66e885: data16 xchg ax,ax                     ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             │                                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@18 (line 19)
  0.00%  │             │ ↗    0x00007f34cc66e888: mov    r11d,DWORD PTR [r9+r8*4+0x10]  ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             │ │                                                              ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
  0.01%  │             │ │    0x00007f34cc66e88d: cmp    r11d,edx
         │             │╭│    0x00007f34cc66e890: jg     0x00007f34cc66e8b8
         │             │││↗   0x00007f34cc66e892: inc    r8d                            ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             ││││                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
         │             ││││   0x00007f34cc66e895: cmp    r8d,ebp
         │             ││╰│   0x00007f34cc66e898: jl     0x00007f34cc66e888             ;*if_icmpge {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │             ││ │                                                             ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@15 (line 18)
         │             ↘│ │↗  0x00007f34cc66e89a: test   r10,r10
  0.00%  │              │ ││  0x00007f34cc66e89d: je     0x00007f34cc66e8da
         │              │ ││  0x00007f34cc66e89f: mov    rsi,r10
         │              │ ││  0x00007f34cc66e8a2: nop
         │              │ ││  0x00007f34cc66e8a3: call   0x00007f34cc66e920             ; ImmutableOopMap{}
         │              │ ││                                                            ;*invokevirtual consume {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │              │ ││                                                            ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@39 (line 24)
         │              │ ││                                                            ;   {optimized virtual_call}
  0.00%  │              │ ││  0x00007f34cc66e8a8: add    rsp,0x20
  0.01%  │              │ ││  0x00007f34cc66e8ac: pop    rbp
         │              │ ││  0x00007f34cc66e8ad: mov    r10,QWORD PTR [r15+0x108]
         │              │ ││  0x00007f34cc66e8b4: test   DWORD PTR [r10],eax            ;   {poll_return}
         │              │ ││  0x00007f34cc66e8b7: ret
         │              ↘ ││  0x00007f34cc66e8b8: mov    edx,r11d
         │                ╰│  0x00007f34cc66e8bb: jmp    0x00007f34cc66e892
         │                 │  0x00007f34cc66e8bd: mov    edx,0x80000000
         │                 ╰  0x00007f34cc66e8c2: jmp    0x00007f34cc66e89a
         ↘                    0x00007f34cc66e8c4: mov    esi,0xffffff7e
                              0x00007f34cc66e8c9: mov    QWORD PTR [rsp],r10
                              0x00007f34cc66e8cd: mov    DWORD PTR [rsp+0x8],r9d
....................................................................................................

Наблюдения:

  • между findMax_if и findMax_if_else есть только одно существенное различие:

0x00007f34cc66e85e: jg 0x00007f34cc66e821 vs 0x00007fc7a8671ade: jle 0x00007fc7a8671ab0

  • findMax_intrinsicMax Math.max у которого самая низкая производительность, что противоречит здравому смыслу.

Вопросы:

  • Нормально ли добавлять оператор else, содержащий код, который ничего не меняет (например, x = x;)? Особенно в коде, который выполняется в одном потоке.
  • Где реальный источник разницы в пропускной способности? Я вижу, что jg (скачок, если больше) не jle (скачок, если меньше или равно). По сути, первое условие является инвертированным вторым условием.
  • Какой смысл использовать Math.max, если простой оператор if else имеет более высокую пропускную способность?

Исходный код на GitHub

run_tests.sh запускает тест и генерирует график.


java performance jvm jmh
person Jakub Biały    schedule 07.09.2020    source источник
comment
Если я правильно прочитал график, мы говорим о разнице примерно в 15% между самой быстрой и самой медленной версией. Для меня это довольно близко. Если в каком-либо реальном приложении максимизация массива требует значительного времени выполнения, я бы подумал об изменении алгоритма (избегая этого процесса максимизации) с потенциалом гораздо более высокого прироста производительности.   -  person Ralf Kleberhoff    schedule 08.09.2020

Ответы (1)


arrow_upward
6
arrow_downward

Во-первых, чтобы свести к минимуму количество ненужного кода ASM и упростить анализ, добавим следующие параметры JVM:

  • -XX:LoopUnrollLimit=0 - отключает разворачивание цикла;
  • -XX:-UseCountedLoopSafepoints - исключает из цикла опрос безопасных точек.

Теперь разница в производительности в пользу if_else будет еще больше, а сборка результата будет намного проще. Вот тело цикла обоих тестов.

найтиMax_if

         ╭     0x0000029707af78f5: jmp     29707af7908h
         │ ↗   0x0000029707af78f7: mov     r8d,ecx
         │ │   0x0000029707af78fa: nop     word ptr [rax+rax+0h]
  0,66%  │ │↗  0x0000029707af7900: inc     r9d               ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ ││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@31 (line 18)
  1,02%  │ ││  0x0000029707af7903: cmp     r9d,r10d
         │╭││  0x0000029707af7906: jnl     29707af7914h      ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@18 (line 19)
  2,06%  ↘│││  0x0000029707af7908: mov     ecx,dword ptr [r11+r9*4+10h]
          │││                                                ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@21 (line 19)
 50,86%   │││  0x0000029707af790d: cmp     ecx,r8d
  0,02%   │╰│  0x0000029707af7910: jnle    29707af78f7h      ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │ │                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@23 (line 19)
 41,01%   │ ╰  0x0000029707af7912: jmp     29707af7900h      ;*if_icmpge {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │                                                  ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if@15 (line 18)
          ↘    0x0000029707af7914: test    rbx,rbx

найтиMax_if_else

         ╭     0x00000137d24d4b75: jmp     137d24d4b88h
         │  ↗  0x00000137d24d4b77: mov     r8d,ecx
         │  │  0x00000137d24d4b7a: nop     word ptr [rax+rax+0h]
 72,63%  │ ↗│  0x00000137d24d4b80: inc     r9d               ;*iinc {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         │ ││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@36 (line 33)
  0,05%  │ ││  0x00000137d24d4b83: cmp     r9d,r10d
  0,01%  │╭││  0x00000137d24d4b86: jnl     137d24d4b94h      ;*aload_3 {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
         ││││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@18 (line 34)
  6,47%  ↘│││  0x00000137d24d4b88: mov     ecx,dword ptr [r11+r9*4+10h]
          │││                                                ;*iaload {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │││                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@21 (line 34)
 15,93%   │││  0x00000137d24d4b8d: cmp     ecx,r8d
  0,18%   │╰│  0x00000137d24d4b90: jle     137d24d4b80h      ;*if_icmple {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │ │                                                ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@23 (line 34)
  0,01%   │ ╰  0x00000137d24d4b92: jmp     137d24d4b77h      ;*if_icmpge {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
          │                                                  ; - codes.dbg.FindMaxBenchmark::findMax_if_else@15 (line 33)
          ↘    0x00000137d24d4b94: test    rbx,rbx

Это согласуется с вашими выводами: единственная разница между двумя компиляциями — это перевернутое условие перехода: jnle против jle. Почему тогда вариант jnle медленнее?

Если мы внимательно посмотрим на код бенчмарка, то поймем, что точка изменения текущего максимума случается достаточно редко. В среднем data[i] > result верно только 14 раз за весь цикл. Это означает, что ветвь jnle занимает только 0,001% времени, а остальные 99,999% времени выполнение проходит через следующую инструкцию jmp.

Наоборот, инструкция jle во втором варианте выполняется 99,999% времени, и выполнение почти никогда не доходит до следующей jmp. Итак, первый цикл удаляет 7 инструкций за итерацию, а второй — только 6 инструкций.

JMH имеет встроенный профилировщик perfnorm (доступен в Linux), который дополняет результаты тестов статистикой счетчиков производительности процессора. Давайте запустим его с -prof perfnorm.

Benchmark                                                Mode  Cnt        Score    Error  Units
FindMaxBenchmark.findMax_if                             thrpt   10     1447.576 ±  8.854  ops/s
FindMaxBenchmark.findMax_if:CPI                         thrpt             0.335            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:L1-dcache-load-misses       thrpt         63971.361            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:L1-dcache-loads             thrpt       1014974.522            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:L1-dcache-stores            thrpt          6105.121            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:L1-icache-load-misses       thrpt          1641.074            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:branch-misses               thrpt           146.305            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:branches                    thrpt       3006620.048            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:cycles                      thrpt       2358093.526            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:dTLB-load-misses            thrpt          1085.740            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:dTLB-loads                  thrpt       1012739.362            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:dTLB-store-misses           thrpt            21.985            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:dTLB-stores                 thrpt          6146.243            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:iTLB-load-misses            thrpt           139.741            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:iTLB-loads                  thrpt            42.031            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if:instructions                thrpt       7039394.622            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else                        thrpt   10     2472.400 ± 36.958  ops/s
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:CPI                    thrpt             0.229            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:L1-dcache-load-misses  thrpt         63353.481            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:L1-dcache-loads        thrpt       1007856.753            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:L1-dcache-stores       thrpt          3696.805            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:L1-icache-load-misses  thrpt          1182.253            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:branch-misses          thrpt            72.334            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:branches               thrpt       2000460.845            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:cycles                 thrpt       1380927.546            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:dTLB-load-misses       thrpt           845.629            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:dTLB-loads             thrpt       1006135.685            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:dTLB-store-misses      thrpt            13.336            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:dTLB-stores            thrpt          3545.950            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:iTLB-load-misses       thrpt            80.233            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:iTLB-loads             thrpt            19.009            #/op
FindMaxBenchmark.findMax_if_else:instructions           thrpt       6018937.376            #/op

Счетчики производительности подтверждают, что findMax_if выполняет 7 млн ​​инструкций с 3 млн переходов, а findMax_if_else выполняет 6 млн инструкций с 2 ​​млн переходов. Я думаю, теперь понятно, в чем разница, так что насчет других вопросов?

Нормально добавлять оператор else, содержащий код, который ничего не меняет

Я так не думаю. Хотя бы потому, что это выглядит нелогичным и затрудняет чтение и понимание кода. Это просто вопрос удачи, что избыточный код инвертировал условие ветвления в хорошую сторону. Замените свой случайный массив отсортированным, чтобы data[i] > result было в основном верным, а затем findMax_if стал самым быстрым вариантом.

Какой смысл использовать Math.max, если простой оператор if else имеет более высокую пропускную способность?

Опять же, это не всегда верно. Это сильно зависит от характера данных. Когда ветки легко предсказать, оператор if работает лучше. Но как только предиктор ветвлений начнет часто давать сбои, производительность резко упадет. Math.max, являющийся встроенным методом JVM, транслируется в инструкцию без ветвлений cmov, преимуществом которой является стабильная производительность независимо от распределения данных.

Вот пример набора данных, где Math.max значительно превосходит все остальные варианты:

public void setup() {
    Random r = new Random();
    this.tab = r.ints(SIZE).sorted().toArray();
    for (int i = 0; i < tab.length; i += ThreadLocalRandom.current().nextInt(3)) {
        tab[i] = 0;
    }
}
person apangin    schedule 08.09.2020
comment
Отличное объяснение (как всегда). Есть ли что-нибудь, что программист может сделать на уровне кода Java, в ситуации, когда условие if выполняется крайне редко, чтобы побудить компилятор избежать выполнения ненужных инструкций? Во-вторых, я немного удивлен, что компилятор C2 не оптимизировал условие findMax_if на основе статистики времени выполнения. - person Jakub Biały; 08.09.2020
comment
@JakubBiały Боюсь, нет надежного способа заставить JIT предпочесть одну ветку другой. На самом деле C2 использует статистику для размещения базовых блоков, но в данном случае это как-то работает неправильно (пока не понял почему). Интересно, что когда эта оптимизация отключена (-XX:-BlockLayoutByFrequency), и findMax_if, и findMax_if_else компилируются одинаково быстро. - person apangin; 09.09.2020