Java性能优化

Question

对于 JOGL 游戏，我的 fps 非常低，现在经过一些测试，我发现问题不在于 JOGL 部分，而在于纯 Java 计算。我需要定义很多float变量，占用了90%的时间。

我测试了 45 个浮点变量，其中只有 16 个获得了初始值。其余的只是float z1; float z2; 等。根据System.currentTimeMillis()，这大约需要5-10 毫秒。

但是这个带有 45 个浮点数的代码在一个由双循环调用的方法中。该方法总共被调用了 49 次 (7*7)。所有这些都在 JOGL 方法中在 JFrame 中绘制游戏，但是由于浮点变量太多，总共需要 100ms，这意味着只有 10fps。

所以基本上问题是我必须初始化 45*49=2205 个浮点数。有什么方法可以优化它以获得更好的 fps？

例如，double 会比 float 快吗？还是先在循环外定义变量，然后在循环内给它们赋值？有谁知道让这段代码运行得更快的方法？提前非常感谢。

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根据要求，这里是源代码：

for (int x = -4; x < 3; x++) { // Loops 7 times
    for (int y = -4; y < 3; y++) { // Loops 7 times
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        float z0  = terrain.getHeight(x-1, y-1); // Simple method, but takes up about half of the time
        float z1  = terrain.getHeight(x  , y-1);
        float z3  = terrain.getHeight(x+1, y-1);
        float z4  = terrain.getHeight(x+2, y-1);
        float z5  = terrain.getHeight(x-1, y  );
        float z6  = terrain.getHeight(x  , y  );
        float z7;
        float z8;
        float z9;
        float z10 = terrain.getHeight(x+1, y  );
        float z11 = terrain.getHeight(x+2, y  );
        float z12;
        float z13;
        float z14;
        float z15;
        float z16;
        float z17;
        float z18;
        float z19;
        float z20;
        float z21;
        float z22;
        float z23;
        float z24;
        float z25;
        float z26;
        float z27;
        float z28;
        float z29;
        float z30;
        float z31;
        float z32;
        float z33 = terrain.getHeight(x-1, y+1);
        float z34 = terrain.getHeight(x  , y+1);
        float z35;
        float z36;
        float z37;
        float z38 = terrain.getHeight(x+1, y+1);
        float z39 = terrain.getHeight(x+2, y+1);
        float z40 = terrain.getHeight(x-1, y+2);
        float z41 = terrain.getHeight(x  , y+2);
        float z43 = terrain.getHeight(x+1, y+2);
        float z44 = terrain.getHeight(x+2, y+2);
        t1 = System.currentTimeMillis() - t1;
        // Some other code where I use these variables.
        // Takes between 0-1 ms in total.
    }
}

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我现在测试了 getHeight() 方法，它占用了大约一半的时间。使用这种方法的7个变量加起来大约5ms，总共是10个。下面是getHeight()中使用的代码：

public float getHeight(float x, float y) {
    long t1 = System.currentTimeMillis();
    Coordinate c = new Coordinate(x, y);
    for (Entry<Coordinate, Float> e : heightMap.entrySet()) { // heightMap = HashMap<Coordinate, Float>
        if (e.getKey().x == c.x && e.getKey().y == c.y) {
            System.out.println("getHeight: " + (System.currentTimeMillis() - t1) + " ms");
            return e.getValue();
        }
    }
    return 0f;
}

Coordinate 是我自己创建的一个类，它有一个构造函数，带有两个用于 x 和 y 的浮点参数，并将它们全局保存在类本身中。

我之所以不使用heightMap.get(c)，是因为这总是抛出一个NullPointerException，而上面给出的代码永远不会到达return 0f;的最后一行。

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在这个 [link] (Why are custom objects not equivalent keys for a HashMap?) 问题中找到了问题的解决方案，即我必须将 public boolean equals(Object other) 和 public int hashCode() 添加到我的自定义坐标类中。现在 getHeight 方法可以与 heightMap.get(c) 一起使用，它消除了其中的循环并使程序更快。现在总共（49 个循环）大约需要 1 毫秒。

Answer 1

请注意，某些操作系统必须使用全屏独占模式才能为您提供足够的资源。

在循环外定义变量将无济于事，因为 Java 优化了您的代码，而在循环内定义变量实际上为 Java 提供了提高性能的提示。我认为（我只能猜测，因为您没有发布任何代码）是，您可以考虑使用一个 long 数组。它们在循环中使用非常有效，并且它们也在你的内存中一个接一个地分配，因此可以有效地使用缓存。

对我来说，填充 2025 Longs 所需的时间略高于 1 毫秒，包括调用 random.nextLong() 方法。

public Long fillLongs(int numberofLongs) {

    long[] longs = new long[numberofLongs];
    Random r = new Random();

    long start = System.currentTimeMillis();

    for (long l : longs) {
        l = r.nextLong();
    }

    long end = System.currentTimeMillis();

    return end - start;

}

使用并行流，此任务花费的时间更短。通常在 1 毫秒以下。

public Long fillLongs(int numberofLongs) {

    Long[] longs = new Long[numberofLongs];
    List<Long> longList = Arrays.asList(longs);
    Random r = new Random();

    long start = System.currentTimeMillis();

    longList.parallelStream().forEach(l -> {
        l = r.nextLong();
    });

    long end = System.currentTimeMillis();

    return end - start;

}

Answer 2

对于 Java 中的高性能计算，您可以考虑使用 JNI（Java 本地接口）——尽管它需要 C++ 知识。如需快速入门，请查看here。