在 Java 中扩展数组的最有效方法？答案

【问题标题】：Most Efficient Way to Scale an Array in Java?在 Java 中扩展数组的最有效方法？
【发布时间】：2011-12-09 04:17:51
【问题描述】：

（抱歉，如果之前有人问过这个问题 - 我不敢相信它没有，但我找不到。也许我的搜索能力很弱。）

多年来，我“知道”Java 没有缩放数组的本机函数（即将每个元素乘以一个常数）。所以我一直在这样做：

for (int i=0; i<array.length; i++) {
  array[i] = array[i] * scaleFactor;
}

这实际上是最有效的方法吗（例如，在这个应用程序中，它是一个包含大约 10000 个双精度数的数组）？还是有更好的办法？

【问题讨论】：

如果您对微优化感兴趣，那么您编写的内容通常可以通过使用 "loop unrolling" 来加速：en.wikipedia.org/wiki/Loop_unwinding 但是 JVM 可能已经如果代码的那部分被重复调用，那么为你这样做。 HotSpot VM 甚至有一个 XX:LoopUnrollLimit= 选项来“控制”该行为。

标签： java arrays performance vector multiplication

【解决方案1】：

在我看来绝对没问题。我想不出更有效的方法。显然尝试将代码放在一个地方，而不是将实际代码放在一个地方，但除此之外，没有明显的问题。

【讨论】：

【解决方案2】：

我能提供的唯一其他建议是延迟扩展，您只需支付访问每个元素的乘法成本；例如

public class MyArray {
  private final double[] arr;
  private double scale = 1.0;

  public MyArray(double[] arr) {
    this.arr = arr;
  }

  public double getScale() {
    return scale;
  }

  public void setScale(double scale) {
    this.scale = scale;
  }

  public double elementAt(int i) {
    return arr[i] * scale;
  }
}

显然这只在某些情况下更好：

当你的数组很大并且
您只访问了几个元素并且
您通常会访问这些元素一次。

在其他情况下，这是一种微优化，对现代 CPU 没有真正的好处。

【讨论】：

在这种情况下，最好在内部使用 ArrayList 并在请求时将其压缩为数组。
@0xCAFEBABE：我想说这完全取决于 OP 是否希望数组的大小发生变化。如果没有，最好节省内存并使用原语。
我的应用程序将一次读取整个数组并且它的大小是固定的，所以我的猜测是“延迟”缩放和使用 ArrayList 的效率都会降低。

【解决方案3】：

“更好的方法”是写array[i] *= scaleFactor; 而不是array[i] = array[i] * scaleFactor;。 :-)

真的，这只是语法糖——编译后的输出（以及性能）应该完全相同。正如 Jon 所说，您将无法获得更好的性能，但我个人会减少任何一天的打字次数。

【讨论】：

尽管我喜欢 *= 的写作方法，但这个答案完全超出了所要求的范围，可能更适合作为评论。

【解决方案4】：

您可以使用线程来减少运行时间，但最重要的是您将包含此代码并让每个线程运行 for 循环的一部分，以便生成的程序与您的程序一样高效；它只是变得更快

【讨论】：

代码是（我很确定）内存限制，而不是 CPU 限制。因此，更多的线程/CPU 能力不会产生任何影响。我想它只会运行得更慢。但是，如果你写了一个程序来证明我错了，我会投赞成票！

【解决方案5】：

除了 Adamski 和 Jon Skeet 之外，我唯一能想到的补充一点是，如果它恰好是整数/长整数数组，并且您按 2 的幂进行缩放，那么使用位移运算符。不过 YMMV，因为它将取决于编译器（甚至可能是 VM）。

【讨论】：

“这将取决于 VM”取决于编译器而不是 VM，确定吗？
嗯，是的。已更正。它也可能依赖于硬件（位移可能需要乘法的时间）所以我有点支持我的观点。 :)
@Raedwald：它将取决于通常被认为是 VM 一部分的 JIT 编译器。优化不被认为是 Java 到字节码编译器的工作。

【解决方案6】：

对我来说是最佳选择。

不要陷入错误的优化，例如在循环外的 final 字段中声明数组长度。这适用于集合，避免重复调用 .size() 方法和字符串，避免方法调用 .length() 但在数组上 .length 已经是公共最终字段。

此外，向后循环到零可能是一种汇编语言优化，但在 Java 这样的高级语言中，VM 会处理任何明显的调整。

【讨论】：

【解决方案7】：

在 Java 8 中：

double coef = 3.0;
double[] x1 = {1,2,3};
double[] x2 = DoubleStream.of(x1).map(d->d*coef).toArray();

System.out.println(Arrays.toString(x2));

输出：[3.0, 6.0, 9.0]

【讨论】：