math.abs 的 Java 性能问题答案

【问题标题】：Java performance problem for math.absmath.abs 的 Java 性能问题
【发布时间】：2011-02-27 05:39:05
【问题描述】：

我正在使用Jama matrix 执行 SVD 操作。我有几个关于性能的问题。

我并不担心这么多的准确性，我认为 double 比 Float 更准确，对吗？如果我使用 float 而不是 double，它会在多大程度上提高性能并降低准确性？

在 Jama 矩阵中，它使用一个经常调用的函数，它使用 double 和 Math.abs 函数，这需要大量的堆和 CPU。如果我将其更改为 double 并删除 Math.abs，它将在准确性方面对性能和结果产生多大影响？

这是 Jama 数学函数：

   public static double hypot(double a, double b) {
      double r;
      if (Math.abs(a) > Math.abs(b)) {
         r = b/a;
         r = Math.abs(a)*Math.sqrt(1+r*r);
      } else if (b != 0) {
         r = a/b;
         r = Math.abs(b)*Math.sqrt(1+r*r);
      } else {
         r = 0.0;
      }
      return r;
   }

这是我想用这个函数做的事情

   public static float hypot(float a, float b) {
      float r;
      if (a > b) {
         r = b/a;
         r = (float) (a*Math.sqrt(1+r*r));
      } else if (b != 0) {
         r = a/b;
         r = (float) (b*Math.sqrt(1+r*r));
      } else {
         r = 0;
      }
      return r;
   }

我不知道这是否是一个好方法。谢谢

【问题讨论】：

我根本看不到单个 Math.abs 方法如何使用任何堆？
Jama 如此频繁地调用 Math.abs，如果你有很大的 Matrix，那么它会杀死你的系统 :( 然后会有数百万次调用 Math.abs ...
所以你确信这个方法永远不会被负操作数调用？无论如何，如果您的尝试能大大提高速度，尤其是在 64 位 VM 上，我会感到惊讶。但是试试吧，暂时不用担心精度，看看它实际上会产生多大的不同。只有你自己知道；我们不知道您的代码是否会产生积极影响。
@user289333 - 调用函数数百万次使用相同的小堆栈空间数百万次，根本没有堆空间。（关于所有这些调用的 CPU 时间开销，您是对的。这样编码矩阵数学库似乎有些荒谬。）
sqrt) 函数是迄今为止最昂贵的操作。比 abs() 更多。

标签： java performance math data-structures matrix

【解决方案1】：

我希望一个好的 JIT 将 Math.abs 调用内联到一条指令。如果您的代码在 FPU 上运行（很可能），使用 float 不会为您带来任何速度，因为几乎所有 FPU 都是 64 位或更高版本。

但是，该算法如此不寻常的原因是它在其操作数的大小为 10^150 的数量级时防止溢出。如果您正在考虑使用float，您的操作数不得大于大约 10^38，这意味着最快的算法将是：

public static double hypot(double a, double b) {
    return Math.sqrt(a * a + b * b);
}

【讨论】：

如果您查看 Math 的源代码，您会发现 abs(float) 不会作为单个指令内联。它调用Float.floatToIntBits，将符号位清零，然后调用Float.intBitsToFloat。反过来，这两个Float 方法是本机方法（可能只是返回传递的值）。假设一切都是内联的，这将变成三个没有分支的指令。（实际上有点圆滑。）
Ted：JIT 编译器可能对许多库函数有特殊情况，就像 C 编译器对 fabs 和 strcpy 之类的东西有特殊情况一样。成单个指令（或附近）。

【解决方案2】：

您的方法不适用于否定论点。只需添加：

if (a < 0) a = -a;
if (b < 0) b = -b;

在您的功能开始时，一切都应该很好。（“不工作”是指它不会总是以最小化舍入误差和溢出风险的方式进行计算。）

【讨论】：

实际上使用a = Math.abs(a) 可能比使用if 更快，因为abs 可以优化为单个指令，而if 需要一个难以预测的分支.
@Gabe - 真的吗？那会是什么单一的指令？在Java bytecodes 中，没有什么能比得上fabs。