Java for循環中的分支預測

Question

我在if條件旁邊看到了此評論：

// branch prediction favors most often used condition

在JavaFX SkinBase類的源代碼中。

protected double computeMinWidth(double height, double topInset, double rightInset, double bottomInset, double leftInset) {

    double minX = 0;
    double maxX = 0;
    boolean firstManagedChild = true;
    for (int i = 0; i < children.size(); i++) {
        Node node = children.get(i);
        if (node.isManaged()) {
            final double x = node.getLayoutBounds().getMinX() + node.getLayoutX();
            if (!firstManagedChild) {  // branch prediction favors most often used condition
                minX = Math.min(minX, x);
                maxX = Math.max(maxX, x + node.minWidth(-1));
            } else {
                minX = x;
                maxX = x + node.minWidth(-1);
                firstManagedChild = false;
            }
        }
    }
    double minWidth = maxX - minX;
    return leftInset + minWidth + rightInset;
}

我相信開發人員想解釋為什么他寫了一個否定if 。

這種優化真的有用嗎？

Answer 1

JavaFX團隊的成員非常專注於性能，因此他們肯定知道切換if和else對分支預測沒有實質性影響。

我認為這表明重構沒有顯着的性能改進，因為：

double minX = Double.MAX_VALUE;
double maxX = Double.MIN_VALUE;

for (int i = 0; i < children.size(); i++) {
  Node node = children.get(i);
  if (node.isManaged()) {
    final double x = node.getLayoutBounds().getMinX() + node.getLayoutX();
    minX = Math.min(minX, x);
    maxX = Math.max(maxX, x + node.minWidth(-1));
  }
}

因為分支預測實際上會將if / else變成類似的東西（給定或接受）。

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這個提交確認了這個解釋，盡管我不確定為什么他們要更改它-可能是因為當isManaged條件從不成立時它具有副作用。

進一步調查，該提交涉及一個錯誤“在Controls基准測試中性能下降高達50％” （您需要登錄才能訪問它）。

似乎他們遇到了性能問題，在調查時注意到代碼中存在錯誤（與我上面的示例類似）。 他們修復了該錯誤，並添加了一條注釋以闡明該修復由於分支預測而不會影響性能。

摘錄：

[..]在查看代碼時，在沒有管理任何皮膚孩子的情況下，我注意到一個錯誤。 在這種情況下，minX / Y和maxX / Y最終將是MAX / MIN_VALUE，我們真正希望它們為零。 因此，此更改集解決了該問題。 在測試中，我發現性能略有提高（〜1 fps），因此我認為此更改不能解決性能問題。 無論如何，代碼必須保持原樣。

[...]請注意，使用MIN / MAX時有一個錯誤-那些值不是Float和Double的最大值和最小值（與整數類型對稱是有意義的，但不是）指定方式）。 為了對浮點值執行最小/最大運算，您想使用NEGATIVE / POSITIVE_INFINITY值代替以獲得所需的結果。

Answer 2

“分支預測偏愛最常用的條件”這句話並沒有說明評估條件的值，無論是肯定的還是否定的。 它只是說分支預測可以幫助更頻繁使用的條件分支，即循環中的那些。 所以它基本上說，在循環內使用if是可以的。

雖然結論是正確的，但您不必擔心s if循環（除非分析器告訴您存在瓶頸，否則您無需擔心任何事情），在Java上下文中，該語句本身是毫無意義的。

分支預測是CPU的功能，因此在解釋執行中，它與Java級別分支無關，因為它們只是修改解釋器的狀態（即，將通過其讀取下一條指令的指針），但與特定於CPU的指令無關。特定的分支。

HotSpot啟動后，情況將完全不同。 如果此代碼是熱點，那么優化器將應用大量代碼轉換，從而使大多數關於Java代碼將如何執行的假設都是錯誤的。

一種常見的優化是循環展開 。 與其有一個代表循環主體的代碼塊，不如說有一個循環的多個實例相互圍繞，並對其特定迭代的不變量進行了優化。 此設置允許完全消除if相關分支，因為完全可以預測，在firstManagedChild從true到false的第一次轉換之后，它將永遠不會返回，因此，盡管第一次迭代始終看到它的true值，但是可以優化后續迭代，以將變量始終視為false 。

因此，在那種情況下，分支預測將再也沒有意義，因為if語句的分支可以預先預測，因此沒有分支。

Answer 3

在這里可以找到有關分支預測出租車的詳細文章

回答您的問題-根據我的理解，不可以。 我認為否定“ if”不會有任何影響。 它將優化重復假值的條件，就像重復多個真值一樣。

Answer 4

除了現有的答案：

該評論似乎不是“否定如果”的理由（因為無論如何在性能方面都不會有所不同）。 相反，這可能是不嘗試“優化”代碼並避免使用單個if的理由。 可以通過以下方式實現：

protected double computeMinWidth(double height, double topInset, 
    double rightInset, double bottomInset, double leftInset) {

    double minX = 0;
    double maxX = 0;

    // Initialize minX/maxX with the coordinate of the FIRST managed child
    int i = 0;
    for (i = 0; i < children.size(); i++) {
        Node node = children.get(i);
        if (node.isManaged()) {
            final double x = node.getLayoutBounds().getMinX() + node.getLayoutX();
            minX = x;
            maxX = x + node.minWidth(-1);
        }
    }

    // Continue the loop at the last index, updating the
    // minX/maxX with the remaining managed children
    for (; i < children.size(); i++) {
        Node node = children.get(i);
        if (node.isManaged()) {
            final double x = node.getLayoutBounds().getMinX() + node.getLayoutX();

            // Don't have to check whether it's the first managed child here. 
            // Just do the update.

            minX = Math.min(minX, x);
            maxX = Math.max(maxX, x + node.minWidth(-1));
        }
    }
    double minWidth = maxX - minX;
    return leftInset + minWidth + rightInset;
}

注釋表明，由於保存了if ，這不會帶來任何性能上的好處，因為實際上，由於分支預測，該if實際上將是免費的。

_{旁注：我認為可能還有其他“微優化”，例如避免使用Math#min(double,double) 。 但是JavaFX的家伙（希望）知道他們的知識，並且如果情況可能有所不同，可能會這樣做）}