在java中优化循环内的空检查？

Question

我正在编写一个算法，其中效率非常重要。有时我也想通过调用一些“回调”函数来跟踪算法行为。假设我的代码如下所示：

public float myAlgorithm(AlgorithmTracker tracker) {
    while (something) { // millions of iterations
        doStuff();
        if (tracker != null) tracker.incrementIterationCount(); // <--- How to run the if only once?
        doOtherStaff();
    }
}

如何防止执行 if 语句一百万次？编译器是否看到tracker从未重新分配？如果它在第一次检查时为空，它将始终为空。如果不是，则永远不会。

理想情况下，我想告诉编译器以这种方式构建我的代码，以便如果tracker为 null（在运行时），它将以与以下相同的性能运行

    while (something) { // millions of iterations
        doStuff();
        doOtherStaff();
    }

我想到了两个解决方案：

• 我可以编写两个版本的 myAlgorithm，一个有调用，一个没有调用，但这会导致大量代码重复。

• 我可以将 AlgorithmTracker 提取到一个界面并创建一个带有空函数的假空跟踪器。不过，我不知道编译器是否会优化调用。

Answer 1

对于大多数 CPU 架构，您不必担心要应用的优化，因为该特定优化是大多数现代 CPU 的一部分。它被称为分支预测，当前的 CPU 非常擅长这一点。

平均而言，CPU 执行的每 6 条指令都是一个分支，如果对于每个分支 CPU 都必须等待并评估分支条件，则会使执行速度变慢。

分支预测和推测执行

因此，当面对分支时，在不评估分支条件的情况下，CPU 开始执行（推测执行）它认为很可能是正确的路径，并且在稍后阶段，当分支条件的结果可用时，CPU 会检查它是否正确执行正确的路径。

如果 CPU 选择的路径与分支条件的结果一致，则 CPU 知道它正在执行正确的路径，因此它会保持 100% 的速度，否则它将不得不刷新所有它推测执行的指令并开始正确的路径。

但是 CPU 如何知道选择哪条路径呢？

进入 CPU 的分支预测子系统。在最基本的形式中，它将存储有关分支过去行为的信息，例如，如果某个分支在一段时间内未被选中，那么它现在很可能不会被选中。这是一个简单的解释，真正的分支预测器将非常复杂。

那么这些分支预测器的效果如何呢？

鉴于分支预测器的核心只是模式匹配机器，如果您的分支显示出可预测的模式，那么您可以放心，分支预测器会得到正确的结果。但是如果你的分支根本没有显示任何模式，那么分支预测器就不会帮助你，最糟糕的是它会因为所有错误的预测而妨碍你的代码执行。

您的代码将如何与分支预测器一起工作？

在你的情况下，分支控制变量的值永远不会改变，所以分支要么在循环的每次迭代中被选中，要么永远不会被选中。这清楚地显示了一种模式，即使是最基本的分支预测器也可以识别。这意味着您的代码实际上会像条件不存在一样执行，因为在前几次迭代之后，分支预测器将能够以 100% 的准确度选择路径。

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有趣的事实：这种特殊的优化是 CPU 漏洞（如幽灵和崩溃）的原因