为什么Java的JIT编译器似乎没有删除无用的算术运算（+0; *1）？

Question

我试图了解当代码被执行多次时，我可以在 Java 中实现什么样的编译时优化。我对以下场景中的算术简化特别感兴趣：

想象一下，您需要使用相同的 3d 仿射变换来变换一百万个 3d 点。如果转换结果是纯翻译，那么一个好的优化器将能够将 12 次乘法和 12 次加法仅转换为 3 次加法，因为所有乘法都是乘以 1，而许多加法都是带零的加法。

在尝试这个“复杂场景”之前，我只是在循环中运行了一些乘法和加法，尽管我一直在阅读有关 Java 的 JIT 编译器的很酷的内容，但我还是有点失望。

首先 - 什么有效：执行许多乘以 1 似乎被简化并且执行得非常快：

        tic();
        final int nRepetitions = 100_000_000;
        final double factor1 = 1.0d;
        value = 0.0d;
        for (int i=0;i<nRepetitions;i++) {
            for (int j=0;j<20;j++) {
                value = value * factor1;
            }
        }
        System.out.println("Result = "+value);
        toc();

我得到这个执行速度，很快：

 Result with graalvm-ce-17\bin\java.exe
 ----------------------
 Repeating 100000000 multiplication by factor1 = 1.0, a final variable
 The code is put in the main method
 This is overall is No op, and should be super fast
 Result = 0.0
 Elapsed time   64.8528  ms
 ----------------------

如果我执行相同的计算，但通过调用函数，我根本没有得到任何优化，执行速度约为 2 秒。

 Result with graalvm-ce-17\bin\java.exe
 ----------------------
 Repeating 100000000 multiplication by factor1 = 1.0, a final variable
 The code is put in the main method
 This is overall is No op, and should be super fast
 Result = 0.0
 Elapsed time   64.8528  ms
 ----------------------

其功能为：

    public static void repeatMultiply(int nRepetitions, double value, final double multFactor) {
        for (int i=0;i<nRepetitions;i++) {
            for (int j=0;j<20;j++) {
                value = value * multFactor;
            }
        }
        System.out.println("Result = "+value);
    }

现在代码运行速度非常慢：

 ----------------------
  Repeating 100000000 multiplication by factor1 = 1.0d
  Function called = repeatMultiply
  This is overall is No op, and should be super fast
  Result = 0.0
  Elapsed time  1815.1354    ms

我测试过其他东西。factor1不像第一个示例中那样声明变量final会破坏我看到的唯一优化。然后，我尝试加零而不是乘以一，但情况更糟：我总是得到“长”执行时间，在我的机器上大约为两秒。

我测试过 Oracle JDK v1.8 和 v18，还有 Graal VM Community Edition 17，但似乎没有什么区别。我已经在https://gist.github.com/NicoKiaru/2949e6969087e75b07b21596d80c7882中执行了所有代码和测试的要点

我希望您能启发我，让我知道这些结果是否反映了 Java JIT 编译器的内在限制，即我在测试中是否做错了什么。

有什么方法可以通过 JIT 编译来实现我的目标（仿射变换计算的自动优化），或者我应该停止梦想并在 Java 代码中显式测试“简单场景”（如翻译）？

编辑

计算常量 JEP https://openjdk.org/jeps/8312611是否有可能允许此类优化，或者完全不相关？

Answer 1

JIT 编译器对于进行可能改变代码行为的优化持谨慎态度。尽管从数学角度来看，加零或乘以一似乎是不必要的，但这些操作可能出于特定原因（例如代码可读性或处理边缘情况）而明确包含在代码中。删除它们可能会改变程序的语义。