为什么添加局部变量会导致方法延迟？

Question

我最近开始阅读有关基准测试并为 Android 编写它们（用 Java 编写）。我知道诸如预热、垃圾收集器和编译器优化等问题，但不知道我面临的问题是否是由这些问题引起的。

在我的基准测试应用程序中，我创建了一个包含 10,000 个浮点变量的数组，并使用随机值对其进行初始化。 运行基准代码时：

private void runMinorBenchmarkFloat (float[] array) {
        float sum = 0;
        long startTime;
        long endTime; 

        /* Fast warm-up */
        startTime = System.nanoTime();
        for(int i=0; i<SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
            for(int j=0; j<TAB_SIZE; j++)
                sum += array[j];
        endTime = System.nanoTime() - startTime;
        postMessage("Warm-up for FLOAT finished in: " + endTime/1000000 + "ms.\n");

        /* Main benchmark loop */
        startTime = System.nanoTime();
        for(int i=0; i<BIG_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
        {
            sum = 0;
            for(int j=0; j<TAB_SIZE; j++)
                sum += array[j];
        }
        endTime = System.nanoTime() - startTime;
        postMessage("Benchmark for FLOAT finished in: " + endTime/1000000 + "ms.\n");
        postMessage("Final value: " + sum + "\n\n");
    }

在我的手机上，我有大约 2 秒的预热时间和 20 秒的“真实”循环时间。

现在，当我再添加两个浮点变量（sum2 和 sum3 - 从未在方法中使用）时：

private void runMinorBenchmarkFloat (float[] array) {
        float sum = 0, sum2 = 0, sum3 = 0; // <------- the only code change here!!!
        long startTime;
        long endTime; 

        /* Fast warm-up */
        startTime = System.nanoTime();
        for(int i=0; i<SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
            for(int j=0; j<TAB_SIZE; j++)
                sum += array[j];
        endTime = System.nanoTime() - startTime;
        postMessage("Warm-up for FLOAT finished in: " + endTime/1000000 + "ms.\n");

        /* Main benchmark loop */
        startTime = System.nanoTime();
        for(int i=0; i<BIG_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
        {
            sum = 0;
            for(int j=0; j<TAB_SIZE; j++)
                sum += array[j];
        }
        endTime = System.nanoTime() - startTime;
        postMessage("Benchmark for FLOAT finished in: " + endTime/1000000 + "ms.\n");
        postMessage("Final value: " + sum + "\n\n");
    }

执行时间从预热的 2 秒跳到 5 秒，从真正循环的 20 秒跳到 50 秒。

常量：

SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT = 100,000 
BIG_LOOP_ITERATION_COUNT = 1,000,000

您认为这种差异可能是由对齐问题引起的吗（只是松散的想法）？

提前感谢您的任何回答。

编辑：

似乎并非所有设备都出现此错误。我可以在三星 Galaxy S5 上重现它。 该计划的主要目标是做很少的基准测试。我做了四个几乎相同的函数（runMinorBenchmark____，其中 _ 是：int、short、float、double），仅在变量“sum”类型上有所不同。在主基准函数中，我调用了这些函数。因为发生了上述错误，我决定将这些功能合并为一个大功能。 现在......在运行测试时，我有这样的时间： 1. 37640 毫秒。 （对于整数） 2. 46728 毫秒。 （简称） 3. 60589 毫秒。 （用于浮动） 4. 34467 毫秒。 （双）

我知道由于类型转换，short 意味着更慢。我还认为浮点数在将其转换为双倍的情况下应该更慢（也许 FPU 每次都会将类型转换为双倍（？））。但是，当我将 sumFloat 的变量类型从 float 更改为 double 时，float 的时间与 double 时间相同。 我还在另一台设备上做了这个“基准测试”，它似乎没有受到这种奇怪行为的影响，每次测试的时间几乎相同：~45000ms。 （真的没有明显的差异）。

Dalvik VM 错误 (?)

Answer 1

我拒绝相信这是你麻烦的原因。当然，编译器只是把那些未使用的变量扔掉了吗？你确定输入数组没有改变，或者你的常量，或者TAB_SIZE？

如果您仍然确定，请通过运行类似的内容并将输出粘贴到此处来证明这一点：

public void proveIt() {
    float[] inputArray = new float[10000];
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        inputArray[i] = 1;
    }

    postMessage("Without declaration:");
    runMinorBenchmarkFloatA(inputArray);

    postMessage("With declaration:");
    runMinorBenchmarkFloatB(inputArray);

    postMessage("And again just to make sure...");

    postMessage("Without declaration:");
    runMinorBenchmarkFloatA(inputArray);

    postMessage("With declaration:");
    runMinorBenchmarkFloatB(inputArray);
}

long TAB_SIZE = 10000;
long SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT = 100000;
long BIG_LOOP_ITERATION_COUNT = 1000000;

private void runMinorBenchmarkFloatA(float[] array) {
    float sum = 0;
    long startTime;
    long endTime;

    /* Fast warm-up */
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
        for (int j = 0; j < TAB_SIZE; j++)
            sum += array[j];
    endTime = System.nanoTime() - startTime;
    postMessage("Warm-up for FLOAT finished in: " + endTime
            / 1000000 + "ms.\n");

    /* Main benchmark loop */
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < BIG_LOOP_ITERATION_COUNT; i++) {
        sum = 0;
        for (int j = 0; j < TAB_SIZE; j++)
            sum += array[j];
    }
    endTime = System.nanoTime() - startTime;
    postMessage("Benchmark for FLOAT finished in: " + endTime
            / 1000000 + "ms.\n");
    postMessage("Final value: " + sum + "\n\n");
}

private void runMinorBenchmarkFloatB(float[] array) {
    float sum = 0, sum2 = 0, sum3 = 0;
    long startTime;
    long endTime;

    /* Fast warm-up */
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < SMALL_LOOP_ITERATION_COUNT; i++)
        for (int j = 0; j < TAB_SIZE; j++)
            sum += array[j];
    endTime = System.nanoTime() - startTime;
    postMessage("Warm-up for FLOAT finished in: " + endTime
            / 1000000 + "ms.\n");

    /* Main benchmark loop */
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < BIG_LOOP_ITERATION_COUNT; i++) {
        sum = 0;
        for (int j = 0; j < TAB_SIZE; j++)
            sum += array[j];
    }
    endTime = System.nanoTime() - startTime;
    postMessage("Benchmark for FLOAT finished in: " + endTime
            / 1000000 + "ms.\n");
    postMessage("Final value: " + sum + "\n\n");
}

Answer 2

现在，当我再添加两个浮点变量（sum2 和 sum3 - 从未在方法中使用）时：

float sum = 0, sum2 = 0, sum3 = 0; // <------- the only code change here!!!

但sum2 和sum3 在方法内部使用。它们被初始化为零。这需要时间。

如果它们没有被初始化，生成的字节码将与没有它们相同，除了分配的堆栈帧的大小，这不会影响计时。