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java - 为什么在我实现的插入排序中处理有序数组时，普通版比特殊版慢4倍？

问题描述

我觉得full JIT后这两种方法没有什么区别，但事实是这两种方法的时间差是4倍

这里发生了什么

插入排序的实现如下

public class Insert {
    public static void special(int[] unsorted) {
        for (int now = 1; now < unsorted.length; now++) {
            int target = 0;
            final int value = unsorted[now];

            for (int i = now - 1; i >= 0; i--) {
                if (unsorted[i] < value) {
                    target = i + 1;
                    break;
                }
            }
            if (target != now) {
                System.arraycopy(unsorted, target, unsorted, target + 1, now - target);
                unsorted[target] = value;
            }
        }
    }

    public static void general(int[] unsorted, boolean isDown, int start, int end) {
        for (int now = start + 1; now < end; now++) {
            int target = start;
            final int value = unsorted[now];
            if (isDown) {
                for (int i = now - 1; i >= start; i--) {
                    if (unsorted[i] > unsorted[now]) {
                        target = i + 1;
                        break;
                    }
                }
            } else {
                for (int i = now - 1; i >= start; i--) {
                    if (unsorted[i] < unsorted[now]) {
                        target = i + 1;
                        break;
                    }
                }
            }
            if (target != now) {
                System.arraycopy(unsorted, target, unsorted, target + 1, now - target);
                unsorted[target] = value;
            }
        }
    }
}

测试代码如下

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
@State(Scope.Thread)
public class TestInset {
    final int[][] src = new int[100000][5];
    final int[][] waitSort = new int[100000][5];


    @Setup(Level.Trial)
    public void init() {
        Random r = new Random();
        for (int i = 0; i < src.length; i++) {
            src[i] = r.ints(5).toArray();
            Arrays.sort(src[i]);
        }
    }

    @Setup(Level.Invocation)
    public void freshData() {
        for (int i = 0; i < waitSort.length; i++) {
            System.arraycopy(src[i], 0, waitSort[i], 0, src[i].length);
        }
    }

    @Benchmark
    public int[][] general() {
        for (int[] ints : waitSort) {
            Insert.general(ints, true, 0, ints.length);
        }
        return waitSort;
    }

    @Benchmark
    public int[][] special() {
        for (int[] ints : waitSort) {
            Insert.special(ints);
        }
        return waitSort;
    }
}

测试结果如下

Benchmark          Mode  Cnt     Score    Error  Units
TestInset.general  avgt   25  2934.461 ± 13.148  us/op
TestInset.special  avgt   25   682.403 ±  5.875  us/op

测试环境如下

JMH 版本：1.21

虚拟机版本：JDK 1.8.0_212，OpenJDK 64 位服务器虚拟机，25.212-b04

标签： javaperformancejmh

解决方案

该general()方法isDown = true将按降序对数组进行排序，而该special()方法将按升序对数组进行排序。注意if语句中的区别：>vs <。general()方法与方法isDown = false相同special()。

由于src输入数组按升序排序，因为Arrays.sort()基准isDown = true运行最坏情况（输入以相反方向排序），而special()基准运行最佳情况（输入已排序）。

如果你用isDown true和写一个基准测试false：

@Benchmark
public int[][] generalIsDown() {
  for (int[] ints : waitSort) {
    Insert.general(ints, true, 0, ints.length);
  }
  return waitSort;
}

@Benchmark
public int[][] generalIsUp() {
  for (int[] ints : waitSort) {
    Insert.general(ints, false, 0, ints.length);
  }
  return waitSort;
}

JDK 11 上的结果是：

Benchmark                  Mode  Cnt     Score   Error  Units
MyBenchmark.generalIsDown  avgt  100  2738.320 ± 8.678  us/op
MyBenchmark.generalIsUp    avgt  100   697.735 ± 3.902  us/op
MyBenchmark.special        avgt  100   690.968 ± 3.559  us/op

再加上一些东西：

  1. 我不确定在 5 元素排序数组上进行测试是否是一个有意义的测试。您是否尝试在小数组上测试最坏情况下的插入排序性能？
  2. 我不确定您是否应该在@Benchmark方法内循环，这就是其他注释@Measurement的用途。

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