为什么 Rust 中的对数比 Java 中的慢？

Question

如果我在 Rust 中运行这些基准测试：

#[bench]
fn bench_rnd(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = rand::weak_rng();
    b.iter(|| rng.gen_range::<f64>(2.0, 100.0));
}

#[bench]
fn bench_ln(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = rand::weak_rng();
    b.iter(|| rng.gen_range::<f64>(2.0, 100.0).ln());
}

结果是：

test tests::bench_ln             ... bench:        121 ns/iter (+/- 2)
test tests::bench_rnd            ... bench:          6 ns/iter (+/- 0)

121-6 = 115 ns 每次 ln 调用。

但 Java 中的基准相同：

@State(Scope.Benchmark)
public static class Rnd {
    final double x = ThreadLocalRandom.current().nextDouble(2, 100);
}

@Benchmark
public double testLog(Rnd rnd) {
    return Math.log(rnd.x);
}

给我：

Benchmark    Mode Cnt  Score  Error Units
Main.testLog avgt  20 31,555 ± 0,234 ns/op

Rust 中的日志比 Java 慢约 3.7 倍 (115/31)。

当我测试斜边实现 (hypot) 时，Rust 中的实现比 Java 快 15.8 倍。

我是否编写了糟糕的基准测试或者这是一个性能问题？

对 cme​​ts 中提出的问题的回答：

1. "," 是我国的小数分隔符。

2. 我使用 cargo bench 运行 Rust 的基准测试，它始终在发布模式下运行。

3. Java 基准框架 (JMH) 会为每次调用创建一个新对象，即使它是一个 static 类和一个 final 变量。如果我在测试方法中添加随机创建，我得到 43 ns/op。

Answer 1

答案是given by @kennytm：

export RUSTFLAGS='-Ctarget-cpu=native'

解决问题。之后的结果是：

test tests::bench_ln              ... bench:          43 ns/iter (+/- 3)
test tests::bench_rnd             ... bench:           5 ns/iter (+/- 0)

我认为 38 (± 3) 足够接近 31.555 (± 0.234)。

Answer 2

我将提供另一半的解释，因为我不了解 Rust。 Math.log 带有 @HotSpotIntrinsicCandidate 注释，这意味着它将被本机 CPU 指令替换为此类操作：想想 Integer.bitCount 要么会进行大量移位，要么使用执行速度更快的直接 CPU 指令。

有这样一个极其简单的程序：

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(mathLn(20_000));
}

private static long mathLn(int x) {
    long result = 0L;
    for (int i = 0; i < x; ++i) {
        result = result + ln(i);
    }
    return result;
}

private static final long ln(int x) {
    return (long) Math.log(x);
}

并运行它：

 java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions  
      -XX:+PrintInlining 
      -XX:+PrintIntrinsics 
      -XX:CICompilerCount=2 
      -XX:+PrintCompilation  
      package/Classname 

它会生成很多行，但其中之一是：

 @ 2   java.lang.Math::log (5 bytes)   intrinsic

让这段代码变得非常快。

我真的不知道 Rust 何时以及如何发生这种情况......