Java ArrayList真的比C ++向量要慢吗？
我不想开始另一个毫无意义的关于Java或C ++是否是更好的语言的争论。 我想知道我为特定任务做的比较是否公平，测量的数据是否正确。
我们需要决定是否为我们的下一个项目使用Java或C ++。 我在C ++阵营，但我想为我的案例提供有力的论据。 我们的应用程序是一个特殊的应用程序，有以下需
我用C ++和Java实现了一个玩具程序。 首先，我介绍C ++版本：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
using namespace std;
struct Point{
float x, y;
};
int main(int argc, char*argv[]){
int n = atoi(argv[1]);
vector<Point>arr;
for(int i=0; i<n; ++i){
Point p;
p.x = i;
p.y = i+0.5f;
arr.push_back(p);
}
float dotp = 0;
for(int i=0; i<n; ++i)
dotp += arr[i].x * arr[i].y;
cout << dotp << endl;
}
接下来是做同样事情的Java版本：
import java.util.*;
class Point{
public float x, y;
}
class Main{
static public void main(String[]args){
int n = Integer.parseInt(args[0]);
ArrayList<Point> arr = new ArrayList<Point>();
for(int i=0; i<n; ++i){
Point p = new Point();
p.x = i;
p.y = i+0.5f;
arr.add(p);
}
float dotp = 0;
for(int i=0; i<n; ++i)
dotp += arr.get(i).x * arr.get(i).y;
System.out.println(dotp);
}
}
我将使用命令行的元素数传递给程序，以防止优化器在编译期间执行程序。 计算的值不是有用的。 唯一有趣的问题是程序的运行速度以及它们使用的内存量。 我从C ++开始：
$ g++ --version
g++ (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.3) 4.8.4
$ g++ -O3 test.cpp -o test
$ /usr/bin/time ./test 1000000
3.33381e+17
0.01user 0.00system 0:00.02elapsed 100%CPU (0avgtext+0avgdata 10084maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+2348minor)pagefaults 0swaps
$ /usr/bin/time ./test 10000000
3.36984e+20
0.08user 0.01system 0:00.09elapsed 100%CPU (0avgtext+0avgdata 134380maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+4074minor)pagefaults 0swaps
$ /usr/bin/time ./test 100000000
2.42876e+23
0.77user 0.09system 0:00.87elapsed 99%CPU (0avgtext+0avgdata 1050400maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+6540minor)pagefaults 0swaps
“用户”时间是程序运行的时间。 对于10 ^ 6元素，它运行0.01秒，10 ^ 7元素0.08秒，10 ^ 8元素0.77秒。 “maxresident”是内核为程序提供的物理内存量（千字节）。 10 ^ 6的10MB，10 ^ 7的132MB，10 ^ 8的1GB。
内存消耗听起来很正确。 具有x个元素的数组需要sizeof（float）* 2 * x = 8 * x个字节的内存。 10 ^ 6个元素大约8MB，10 ^ 7大约76MB，10 ^ 8大约762MB。
接下来，我运行Java程序：
$ javac -version
javac 1.6.0_41
$ javac Main.java
$ java -version
java version "1.7.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 2.6.9) (7u131-2.6.9-0ubuntu0.14.04.2)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 24.131-b00, mixed mode)
$ /usr/bin/time java Main 1000000
3.33381168E17
0.16user 0.00system 0:00.09elapsed 173%CPU (0avgtext+0avgdata 79828maxresident)k
0inputs+64outputs (0major+4314minor)pagefaults 0swaps
$ /usr/bin/time java Main 10000000
3.3698438E20
5.23user 0.18system 0:02.07elapsed 261%CPU (0avgtext+0avgdata 424180maxresident)k
0inputs+64outputs (0major+13508minor)pagefaults 0swaps
$ /usr/bin/time java Main 100000000
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at Main.main(Main.java:14)
Command exited with non-zero status 1
3840.72user 13.06system 17:11.79elapsed 373%CPU (0avgtext+0avgdata 2281416maxresident)k
0inputs+1408outputs (0major+139893minor)pagefaults 0swaps
对于10 ^ 6元素，它需要0.16秒和78 MB。 对于10 ^ 7元素，它需要5.23秒和414 MB。 我试图运行10 ^ 8元素的程序，但是Java崩溃了。 它使用我机器的所有内核（在一个顺序程序中！），并运行17分钟，同时占用2.2GB。 我的机器有8 GB的内存。
对于10 ^ 6元素，C ++是0.16 / 0.01 = 16倍，需要78/10 = 7.8倍的内存。 对于10 ^ 7元素，C ++的速度更快，为5.23 / 0.08 = 65倍，需要414/132 = 3.1倍的内存。 Java没有在10 ^ 8元素的测试实例上完成，而C ++程序在低于一秒的时间内完成。
对于10 ^ 6 Java来说似乎易于管理，但并不理想。 对于10 ^ 7和10 ^ 8来说，这绝对是不行的。 我期望C ++在Java方面有轻微的性能优势，但不是那么激烈。
最可能的解释是我的测试方法是错误的，或者我的Java代码中有一个不明显的性能瓶颈。 另一种解释是，OpenJDK JVM明显缺乏来自其他供应商的JVM。
请向我解释为什么Java在这个基准测试中表现糟糕。 我是怎么无意中让Java看起来比它更糟？
谢谢
因此，不运行JIT解释了一小部分影响，但不是主要放缓。
对，由于JIT的启动，Java启动速度很慢，需要一段时间才能全速运行。
但是你描述的表现是灾难性的，还有另一个原因：你写了
它使用了我机器的所有核心（在一个顺序程序中！）
这一定是垃圾收集器。 GC运行困难意味着你的内存不足。 在我的机器上，时代已经到来
28.689 millis for 1 M pairs
143.104 millis for 10 M pairs
3100.856 millis for 100 M pairs
10.404 millis for 1 M pairs
113.054 millis for 10 M pairs
2528.371 millis for 100 M pairs
这仍然是一个痛苦，但可能是一个可用的起点。 观察到第二轮运行速度更快，因为它得到了更好的优化。 请注意，这不是应该如何编写Java基准的！
内存消耗的原因是你有一个引用List ，其中包含两个浮点数的对象，而不是浮点数对的vector 。 每个引用增加4或8字节的开销，每个对象增加更多。 另外，每个访问都有一个间接的方向。
如果内存很重要，那么这是不正确的如何在Java中编写它的方式。 肯定有更好的方法（我让它试试），但代码可能会变得很难看。 没有值类型的Java在这样的计算中很糟糕。 恕我直言，它几乎在其他地方擅长（个人意见）。
一个等效的C ++代码将使用vector<Point*> 。 如果你这样做，你的代码变得更慢，内存也更大，但仍比Java（对象头开销）好。
我重写了代码，因此它使用一个PointArray将两个浮点数相邻存储在一个数组中。 没有测量任何东西，我声称内存消耗现在大致相同。 现在的时代是
31.505 millis for 1 M pairs
232.658 millis for 10 M pairs
1870.664 millis for 100 M pairs
17.536 millis for 1 M pairs
219.222 millis for 10 M pairs
1757.475 millis for 100 M pairs
这仍然太慢了。 我想，这是绑定检查，不能在Java中关闭（除非你解决Unsafe ）。 通常，JIT（即时编译器）可以将它们移出循环，这使得它们的成本可以忽略不计。
这也可能是我的缓慢（因子1.5）数组大小调整（IIRC vector使用2因子）。 或者当你几乎完成时数组被调整大小时只是可惜。 由于你对阵列没有做任何事情，它可能会减轻很多。
无论如何，当你想要快速处理基元数组时，至少需要一个好的Java程序员。 这可能需要一两天，直到你获得好的表现。 一个好的图书馆也可以做到。 在Java 10（或11，或...）之前使用List<Point>效率太低。
上一篇: Is Java ArrayList really this much slower than C++ vector?
下一篇: Build error when using Akavache + Mobile Center in a UWP project