Почему две отдельные циклы быстрее, чем одна?

Ответ 1

Я исследовал эти "явления" и выглядел как что-то вроде ответа.
Пусть добавляет .jvmArgs("-verbose:gc") в JMHs OptionsBuilder. Результаты для 1 Итерация:

Single Loop: [Полный GC (Эргономика) [PSYoungGen: 2097664K-> 0K (2446848K)] [ParOldGen: 3899819K-> 4574771K (5592576K)] 5997483K-> 4574771K (8039424K), [Metaspace: 6208K-> 6208K (1056768K)], 5.0438301 secs] [Times: user = 37.92 sys = 0.10, real = 5.05 secs] 4.954 s/op

Несколько циклов: [Полный GC (Эргономика) [PSYoungGen: 2097664K-> 0K (2446848K)] [ParOldGen: 3899819K-> 4490913K (5592576K)] 5997483K-> 4490913K (8039424K), [Metaspace: 6208K-> 6208K (1056768K)], 3.7991573 secs] [Times: user = 26.84 sys = 0.08, real = 3,80 с] 4.187 с /op

JVM потратила огромное количество процессорного времени на GC. Один раз за 2 тестовых пробега JVM должен сделать Full GC (переместить 600Mb в OldGen и собрать 1,5Gb мусора из предыдущих циклов). Оба сборщика мусора выполнили ту же работу, но потратили ~ 25% меньше времени приложения для теста с несколькими циклами. Если мы POPSIZE до 10_000_000 или добавим до bh.consume() Thread.sleep(3000) или добавим -XX:+UseG1GC к аргументам JVM, то эффект усиления нескольких циклов исчезнет. Я снова запускаю его с помощью .addProfiler(GCProfiler.class). Основное различие:

Несколько циклов: gc.churn.PS_Eden_Space 374.417 ± 23 МБ/с

Single Loop: gc.churn.PS_Eden_Space 336.037 МБ/с ± 19 МБ/с

Я думаю, что мы наблюдаем ускорение в таких конкретных обстоятельствах, потому что алгоритм сравнения с хорошим и быстрым обменом GC имеет узкое место процессора для многопроцессорных тестовых прогонов и использует дополнительный "бессмысленный" цикл для сбора мусора с более ранних запусков. Это еще проще воспроизвести с помощью @Threads(2), если у вас достаточно ОЗУ. Похоже, что если вы попытаетесь профилировать тест Single_Loop:

Ответ 2

Чтобы понять, что происходит под капотом, вы можете добавить поведение JMX для анализа запуска приложения в jvisualvm, находящегося в JAVA_HOME\bin. С размером 20M в списке капсул в памяти у него закончилось отсутствие памяти, а visualvm отправился в неответственное состояние, Я уменьшил размер списка капсул до 200k и 100M до 1M, если условие для тестирования. После наблюдения поведения на visualvm выполнение одного цикла завершено до нескольких циклов. Возможно, это неправильный подход, но вы можете экспериментировать с ним.

LoopBean.java

import java.util.List;
public interface LoopMBean {
    void multipleLoops();
    void singleLoop();
    void printResourcesStats();
}

Loop.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class Loop implements LoopMBean {

    private final List<Capsule> capsules = new ArrayList<>();

    {
        Random r = new Random(3);
        for (int n = 0; n < 20000000; n++) {
            int randomN = r.nextInt();
            capsules.add(new Capsule(randomN, "word" + randomN));
        }
    }

    @Override
    public void multipleLoops() {

        System.out.println("----------------------Before multiple loops execution---------------------------");
        printResourcesStats();

        final List<Capsule> intermediate = new ArrayList<>();
        final List<String> res = new ArrayList<>();
        int totalLength = 0;

        final long start = System.currentTimeMillis();

        for (Capsule c : capsules)
            if (c.getNumber() > 100000000) {
                intermediate.add(c);
            }

        for (Capsule c : intermediate) {
            String s = "new_word" + c.getNumber();
            res.add(s);
        }

        for (String s : res)
            totalLength += s.length();

        System.out.println("multiple loops=" + totalLength + " | time taken=" + (System.currentTimeMillis() - start) + " milliseconds");

        System.out.println("----------------------After multiple loops execution---------------------------");
        printResourcesStats();

        res.clear();
    }

    @Override
    public void singleLoop() {

        System.out.println("----------------------Before single loop execution---------------------------");
        printResourcesStats();

        final List<String> res = new ArrayList<>();
        int totalLength = 0;

        final long start = System.currentTimeMillis();

        for (Capsule c : capsules)
            if (c.getNumber() > 100000000) {
                String s = "new_word" + c.getNumber();
                res.add(s);
            }

        for (String s : res)
            totalLength += s.length();

        System.out.println("Single loop=" + totalLength + " | time taken=" + (System.currentTimeMillis() - start) + " milliseconds");
        System.out.println("----------------------After single loop execution---------------------------");
        printResourcesStats();

        res.clear();
    }

    @Override
    public void printResourcesStats() {
        System.out.println("Max Memory= " + Runtime.getRuntime().maxMemory());
        System.out.println("Available Processors= " + Runtime.getRuntime().availableProcessors());
        System.out.println("Total Memory= " + Runtime.getRuntime().totalMemory());
        System.out.println("Free Memory= " + Runtime.getRuntime().freeMemory());
    }
}

LoopClient.java

import javax.management.MBeanServer;
import javax.management.ObjectName;
import java.lang.management.ManagementFactory;

public class LoopClient {

    void init() {

        final MBeanServer mBeanServer = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
        try {
            mBeanServer.registerMBean(new Loop(), new ObjectName("LOOP:name=LoopBean"));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        final LoopClient client = new LoopClient();
        client.init();
        System.out.println("Loop client is running...");
        waitForEnterPressed();
    }

    private static void waitForEnterPressed() {
        try {
            System.out.println("Press  to continue...");
            System.in.read();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Выполните следующую команду:

java -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false LoopClient

Вы можете добавить -Xmx3072M дополнительную опцию для быстрого увеличения памяти, чтобы избежать OutOfMemoryError