迭代数组的哪个习语最有效？

Question

Java 5 为我们提供了 for-each 循环，应尽可能使用它。

但是如果你需要在块中使用数组的索引，什么是最有效的习语呢？

// Option (1)
for (int i = array.length - 1; i >= 0; i--) {
    // Code.
}

// Option (2)
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    // Code.
}

// Option (3)
for (int i = 0, n = array.length; i < n; i++) {
    // Code.
}

（显然，这在大多数程序中不会产生很大的性能差异，但让我很高兴。）:-)

1. 向后循环，非常可怕。也许甚至缓存不友好？或者现代处理器可以检测到内存中的倒退吗？

2. 更短，我可以看到 JIT 编译器如何确定 array 永远不会改变，因此 length 是恒定的，因此它基本上可以用 (3) 替换它。但它会这样做吗？ （假设 JVM 是 Oracle 的 Hotspot/Java 7。）

3. 由 Joshua Bloch 在 Effective Java 的第 45 项中建议作为最快的选项，如果它是一些 Collection.size() 是上限。但它也适用于数组吗？从字节码（见下文）我可以看到每个周期保存一条arraylength 指令（预优化）。

This question 关于 Dalvik 虚拟机中的 for 循环，将 (1)-(3) 列为最快到最慢。但是，这些信息来自 2008 年，而 Dalvik 今天已经成熟得多，所以我认为情况仍然如此。

看上面的例子生成的字节码，有明显的区别：

Compiled from "ForLoops.java"
public class ForLoops extends java.lang.Object{
static int[] array;

public ForLoops();
  Code:
   0:   aload_0
   1:   invokespecial   #10; //Method java/lang/Object."<init>":()V
   4:   return

public static void forLoop1();
  Code:
   0:   getstatic   #17; //Field array:[I
   3:   arraylength
   4:   iconst_1
   5:   isub
   6:   istore_0
   7:   goto    13
   10:  iinc    0, -1
   13:  iload_0
   14:  ifge    10
   17:  return

public static void forLoop2();
  Code:
   0:   iconst_0
   1:   istore_0
   2:   goto    8
   5:   iinc    0, 1
   8:   iload_0
   9:   getstatic   #17; //Field array:[I
   12:  arraylength
   13:  if_icmplt   5
   16:  return

public static void forLoop3();
  Code:
   0:   iconst_0
   1:   istore_0
   2:   getstatic   #17; //Field array:[I
   5:   arraylength
   6:   istore_1
   7:   goto    13
   10:  iinc    0, 1
   13:  iload_0
   14:  iload_1
   15:  if_icmplt   10
   18:  return

}

Answer 1

您可以自己轻松地进行测试；如果你这样做了，你可能应该看看 HotSpot 创作者自己的these tips about performance testing。 This answer 也可能有用。如果您决定测试这些实现，请告诉我们您的发现！

不过，总的来说，您不必过于担心这些事情。相反，专注于编写可读的代码并完成工作。大多数时候，您会发现您的代码运行速度足够快，没有任何“技巧”。现代硬件非常快，JIT 也非常好。

如果您确实发现您的代码运行速度太慢，先配置文件，然后再进行优化。其他任何事情都为时过早。请记住，来自一个比我们任何人都聪明的人：

“过早的优化是万恶之源。” ——唐纳德·克努斯

编辑：因为您似乎对“我应该如何编写我的代码？”这个问题不太感兴趣。以及更多的思想实验，我希望所有这些选项都以或多或少相同的速度运行。

这些循环都不太可能调整分支预测器（无论如何，对于大小合理的数组）。我希望底层 JIT 将任何重复的数组长度引用从 (2) 样式转换为 (3) 样式。在所有条件相同的情况下，（1）的缓存性能并不比（2）或（3）的差，因为它向后运行；对于给定的数组，相同的缓存行将被加载和命中（或不命中）。

当然，我的期望无关紧要。唯一知道的方法就是测试！但是，在测试时，请记住 writing good microbenchmarks is hard。