Java迭代与递归

Question

谁能解释为什么下面的递归方法比迭代方法快（两者都在做字符串连接）？迭代方法不是要打败递归方法吗？再加上每个递归调用都会在堆栈顶部添加一个新层，这可能会非常低效。

    private static void string_concat(StringBuilder sb, int count){
        if(count >= 9999) return;
        string_concat(sb.append(count), count+1);
    }
    public static void main(String [] arg){

        long s = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(int i = 0; i < 9999; i++){
            sb.append(i);
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-s);
        s = System.currentTimeMillis();
        string_concat(new StringBuilder(),0);
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-s);

    }

我多次运行程序，递归的总是比迭代的快 3-4 倍。导致迭代速度变慢的主要原因可能是什么？

Answer 1

见my comments。

确保您了解如何正确地进行微基准测试。您应该为这两者的多次迭代计时并为您的时间平均这些迭代。除此之外，您应该确保虚拟机不会通过不编译第一个来给第二个带来不公平的优势。

事实上，默认的 HotSpot 编译阈值（可通过 -XX:CompileThreshold 配置）是 10,000 次调用，这可能解释了您在此处看到的结果。 HotSpot 并没有真正进行任何尾部优化，因此递归解决方案更快是很奇怪的。 StringBuilder.append 被编译为本机代码主要是为了递归解决方案，这很合理。

我决定重写基准测试并亲自查看结果。

public final class AppendMicrobenchmark {

  static void recursive(final StringBuilder builder, final int n) {
    if (n > 0) {
      recursive(builder.append(n), n - 1);
    }
  }

  static void iterative(final StringBuilder builder) {
    for (int i = 10000; i >= 0; --i) {
      builder.append(i);
    }
  }

  public static void main(final String[] argv) {
    /* warm-up */
    for (int i = 200000; i >= 0; --i) {
      new StringBuilder().append(i);
    }

    /* recursive benchmark */
    long start = System.nanoTime();
    for (int i = 1000; i >= 0; --i) {
      recursive(new StringBuilder(), 10000);
    }
    System.out.printf("recursive: %.2fus\n", (System.nanoTime() - start) / 1000000D);

    /* iterative benchmark */
    start = System.nanoTime();
    for (int i = 1000; i >= 0; --i) {
      iterative(new StringBuilder());
    }
    System.out.printf("iterative: %.2fus\n", (System.nanoTime() - start) / 1000000D);
  }
}

这是我的结果...

C:\dev\scrap>java AppendMicrobenchmark
recursive: 405.41us
iterative: 313.20us

C:\dev\scrap>java -server AppendMicrobenchmark
recursive: 397.43us
iterative: 312.14us

这些是每种方法平均超过 1000 次试验的时间。

本质上，您的基准测试的问题在于，它不会在多次试验中取平均值 (law of large numbers)，而且它高度依赖于各个基准测试的顺序。我给你的原始结果：

C:\dev\scrap>java StringBuilderBenchmark
80
41

这对我来说意义不大。 HotSpot VM 上的递归很可能不会像迭代那样快，因为到目前为止，它还没有实现您可能会发现用于函数式语言的任何尾优化。

现在，有趣的是，默认的 HotSpot JIT 编译阈值为 10,000 次调用。您的迭代基准测试很可能会在编译append 的大部分时间之前执行。另一方面，您的递归方法应该相对较快，因为它很可能会在编译后享受append。为了消除这种影响结果，我通过-XX:CompileThreshold=0 发现...

C:\dev\scrap>java -XX:CompileThreshold=0 StringBuilderBenchmark
8
8

因此，归根结底，它们的速度大致相同。但是请注意，如果您以更高的精度进行平均，迭代似乎会更快一些。顺序也可能对我的基准测试产生影响，因为后一个基准测试将具有 VM 收集更多统计信息以进行动态优化的优势。