For 循环性能：具有相同值与不同值的计数器

Question

我有一个带有 2 个计数器的循环：i 和 j。如果它们具有相同的值 - 迭代的工作速度比它们的值不同时快得多：

Benchmark                     Mode  Cnt       Score      Error  Units
FloatsArrayBenchmark.times   thrpt   20  341805.800 ± 1623.320  ops/s
FloatsArrayBenchmark.times2  thrpt   20  198764.909 ± 1608.387  ops/s

Java 字节码是相同的，这意味着它与一些较低级别的优化有关。有人可以解释为什么会这样吗？这是基准：

import org.openjdk.jmh.annotations.*;

public class FloatsArrayBenchmark {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        org.openjdk.jmh.Main.main(new String[]{FloatsArrayBenchmark.class.getSimpleName()});
    }

    @Benchmark @Fork(value = 1, warmups = 0)
    public void times(Data data) {
        float[] result = new float[10000];;
        for (int i = 0, j=0; i < 9_999; i++,j++)
            result[j] = data.floats[i] * 10;
    }
    @Benchmark @Fork(value = 1, warmups = 0)
    public void times2(Data data) {
        float[] result = new float[10000];
        for (int i = 0,j=1; i < 9_999; i++,j++)
            result[j] = data.floats[i] * 10;
    }

    @State(Scope.Benchmark)
    public static class Data {
        private final float[] floats = new float[10000];
    }
}

环境：

• MacOS，试过Java8、Java11、Java14
• 2,4 GHz 四核英特尔酷睿 i5

Answer 1

在第一个（更快）版本中，i总是（有效）与 具有相同的值j，因此：

public void times(Data data) {
    float[] result = new float[10000];;
    for (int i=0, j=0; i < 9_999; i++,j++)
        result[j] = data.floats[i] * 10;
}

可以重写而不会j产生相同的效果：

public void times(Data data) {
    float[] result = new float[10000];;
    for (int i = 0; i < 9_999; i++)
        result[i] = data.floats[i] * 10;
}

编译器很可能认识到这j是多余的并消除了它，导致++执行的运算数量减少了一半，占所有算术运算的 1/3。这与时间是一致的：第二个版本每次迭代花费的时间延长了 70%。70% 大约为 50%，是 3:2 操作比例的预期结果。