PRIMEIRA ATUALIZAÇÃO: Antes de tentar isso em um ambiente de produção (não recomendado), leia primeiro: http://www.javaspecialists.eu/archive/Issue237.html
A partir do Java 9, a solução descrita não funcionará mais , porque agora o Java armazenará seqüências de caracteres como byte [] por padrão.
SEGUNDA ATUALIZAÇÃO: A partir de 25/10/2016, no meu AMDx64 8core e na fonte 1.8, não há diferença entre usar 'charAt' e acesso ao campo. Parece que a jvm está suficientemente otimizada para alinhar e otimizar qualquer chamada 'string.charAt (n)'.
Tudo depende da duração da Stringinspeção. Se, como diz a pergunta, for para cadeias longas , a maneira mais rápida de inspecionar a cadeia é usar a reflexão para acessar o respaldo char[]da cadeia.
Um benchmark totalmente randomizado com JDK 8 (win32 e win64) em um AMD Phenom II 4 core 955 a 3.2 GHZ 64 (no modo cliente e no servidor) com 9 técnicas diferentes (veja abaixo!) Mostra que o uso String.charAt(n)é o mais rápido para pequenas empresas. strings e o uso reflectionpara acessar a matriz de apoio String é quase duas vezes mais rápido para strings grandes.
O EXPERIMENTO
São testadas 9 técnicas de otimização diferentes.
Todo o conteúdo da string é randomizado
O teste é feito para tamanhos de string em múltiplos de dois começando com 0,1,2,4,8,16 etc.
Os testes são feitos 1.000 vezes por tamanho de string
Os testes são embaralhados em ordem aleatória a cada vez. Em outras palavras, os testes são feitos em ordem aleatória toda vez que são feitos, mais de 1000 vezes.
Todo o conjunto de testes é feito para a frente e para trás, para mostrar o efeito do aquecimento da JVM na otimização e nos tempos.
Todo o conjunto é feito duas vezes, uma no -clientmodo e a outra no -servermodo.
CONCLUSÕES
modo de cliente (32 bits)
Para cadeias de caracteres de 1 a 256 caracteres , a chamada string.charAt(i)vence com um processamento médio de 13,4 a 588 milhões de caracteres por segundo.
Além disso, é globalmente 5,5% mais rápido (cliente) e 13,9% (servidor) como este:
for (int i = 0; i < data.length(); i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
do que assim com uma variável local de comprimento final:
final int len = data.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
Para seqüências longas, o tamanho de 512 a 256K caracteres , o uso da reflexão para acessar o array de backup da String é mais rápido. Essa técnica é quase duas vezes mais rápida que String.charAt (i) (178% mais rápida). A velocidade média nesse intervalo foi de 1.111 bilhões de caracteres por segundo.
O campo deve ser obtido com antecedência e, em seguida, pode ser reutilizado na biblioteca em diferentes cadeias. Curiosamente, ao contrário do código acima, com o acesso ao campo, é 9% mais rápido ter uma variável de comprimento final local do que usar 'chars.length' na verificação do loop. Aqui está como o acesso ao campo pode ser configurado o mais rápido:
final Field field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
try {
final char[] chars = (char[]) field.get(data);
final int len = chars.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (chars[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
} catch (Exception ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
Comentários especiais no modo -server
O acesso ao campo começa a ganhar depois de 32 caracteres de comprimento no modo servidor em uma máquina Java de 64 bits na minha máquina AMD 64. Isso não foi visto até os 512 caracteres de comprimento no modo cliente.
Também vale a pena notar que, quando eu estava executando o JDK 8 (compilação de 32 bits) no modo de servidor, o desempenho geral foi 7% mais lento para cadeias grandes e pequenas. Isso ocorreu com a versão 121 de dezembro de 2013 da versão inicial do JDK 8. Portanto, por enquanto, parece que o modo de servidor de 32 bits é mais lento que o modo de cliente de 32 bits.
Dito isto ... parece que o único modo de servidor que vale a pena chamar está em uma máquina de 64 bits. Caso contrário, ele realmente prejudica o desempenho.
Para compilação de 32 bits rodando em -server modeum AMD64, posso dizer o seguinte:
- String.charAt (i) é o vencedor claro em geral. Embora entre os tamanhos de 8 a 512 caracteres, houve vencedores entre 'novo' 'reutilizar' e 'campo'.
- String.charAt (i) é 45% mais rápido no modo cliente
- O acesso ao campo é duas vezes mais rápido para Strings grandes no modo cliente.
Também vale a pena dizer, String.chars () (Stream e a versão paralela) são um fracasso. Muito mais lento do que qualquer outro caminho. A StreamsAPI é uma maneira bastante lenta de executar operações gerais de string.
Lista de Desejos
O Java String pode ter um predicado que aceita métodos otimizados, como contains (predicado), forEach (consumidor), forEachWithIndex (consumidor). Portanto, sem a necessidade do usuário saber o tamanho ou repetir as chamadas para os métodos String, isso pode ajudar a analisar a beep-beep beepaceleração das bibliotecas .
Continue sonhando :)
Cordas felizes!
~ SH
O teste usou os 9 métodos a seguir para testar a cadeia de caracteres quanto à presença de espaço em branco:
"charAt1" - VERIFIQUE O CONTEÚDO DA CORDA DA MANEIRA USUAL:
int charAtMethod1(final String data) {
final int len = data.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
"charAt2" - O MESMO ACIMA, MAS USE String.length () EM VEZ DE FAZER UM LOCAL FINAL int PARA O COMPRIMENTO
int charAtMethod2(final String data) {
for (int i = 0; i < data.length(); i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
return data.length();
}
"stream" - USE o IntStream do novo JAVA-8 String e passe um predicado para a verificação
int streamMethod(final String data, final IntPredicate predicate) {
if (data.chars().anyMatch(predicate)) {
doThrow();
}
return data.length();
}
"streamPara" - O MESMO ACIMA, MAS OH-LA-LA - VAI PARALELO !!!
// avoid this at all costs
int streamParallelMethod(final String data, IntPredicate predicate) {
if (data.chars().parallel().anyMatch(predicate)) {
doThrow();
}
return data.length();
}
"reutilizar" - recarregue um caractere reutilizável [] COM O CONTEÚDO DAS CORDAS
int reuseBuffMethod(final char[] reusable, final String data) {
final int len = data.length();
data.getChars(0, len, reusable, 0);
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (reusable[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
"new1" - OBTENHA UMA NOVA CÓPIA DO char [] DA STRING
int newMethod1(final String data) {
final int len = data.length();
final char[] copy = data.toCharArray();
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (copy[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
"new2" - O MESMO ACIMA, MAS USE "PARA CADA"
int newMethod2(final String data) {
for (final char c : data.toCharArray()) {
if (c <= ' ') {
doThrow();
}
}
return data.length();
}
"campo1" - FANTÁSTICO !! OBTENHA UM CAMPO PARA ACESSO AO CARACTER INTERNA DO STRING []
int fieldMethod1(final Field field, final String data) {
try {
final char[] chars = (char[]) field.get(data);
final int len = chars.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (chars[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
} catch (Exception ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
}
"field2" - O MESMO ACIMA, MAS USAR "PARA CADA"
int fieldMethod2(final Field field, final String data) {
final char[] chars;
try {
chars = (char[]) field.get(data);
} catch (Exception ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
for (final char c : chars) {
if (c <= ' ') {
doThrow();
}
}
return chars.length;
}
RESULTADOS COMPOSITOS PARA O -clientMODO CLIENTE (testes para frente e para trás combinados)
Nota: que o modo -client com Java de 32 bits e o modo -server com Java de 64 bits são os mesmos que abaixo na minha máquina AMD64.
Size WINNER charAt1 charAt2 stream streamPar reuse new1 new2 field1 field2
1 charAt 77.0 72.0 462.0 584.0 127.5 89.5 86.0 159.5 165.0
2 charAt 38.0 36.5 284.0 32712.5 57.5 48.3 50.3 89.0 91.5
4 charAt 19.5 18.5 458.6 3169.0 33.0 26.8 27.5 54.1 52.6
8 charAt 9.8 9.9 100.5 1370.9 17.3 14.4 15.0 26.9 26.4
16 charAt 6.1 6.5 73.4 857.0 8.4 8.2 8.3 13.6 13.5
32 charAt 3.9 3.7 54.8 428.9 5.0 4.9 4.7 7.0 7.2
64 charAt 2.7 2.6 48.2 232.9 3.0 3.2 3.3 3.9 4.0
128 charAt 2.1 1.9 43.7 138.8 2.1 2.6 2.6 2.4 2.6
256 charAt 1.9 1.6 42.4 90.6 1.7 2.1 2.1 1.7 1.8
512 field1 1.7 1.4 40.6 60.5 1.4 1.9 1.9 1.3 1.4
1,024 field1 1.6 1.4 40.0 45.6 1.2 1.9 2.1 1.0 1.2
2,048 field1 1.6 1.3 40.0 36.2 1.2 1.8 1.7 0.9 1.1
4,096 field1 1.6 1.3 39.7 32.6 1.2 1.8 1.7 0.9 1.0
8,192 field1 1.6 1.3 39.6 30.5 1.2 1.8 1.7 0.9 1.0
16,384 field1 1.6 1.3 39.8 28.4 1.2 1.8 1.7 0.8 1.0
32,768 field1 1.6 1.3 40.0 26.7 1.3 1.8 1.7 0.8 1.0
65,536 field1 1.6 1.3 39.8 26.3 1.3 1.8 1.7 0.8 1.0
131,072 field1 1.6 1.3 40.1 25.4 1.4 1.9 1.8 0.8 1.0
262,144 field1 1.6 1.3 39.6 25.2 1.5 1.9 1.9 0.8 1.0
RESULTADOS COMPOSITOS PARA O -serverMODO SERVIDOR (testes para frente e para trás combinados)
Nota: este é o teste para Java de 32 bits em execução no modo de servidor em um AMD64. O modo de servidor para Java de 64 bits era igual ao Java de 32 bits no modo de cliente, exceto que o acesso ao campo começou a ganhar após o tamanho de 32 caracteres.
Size WINNER charAt1 charAt2 stream streamPar reuse new1 new2 field1 field2
1 charAt 74.5 95.5 524.5 783.0 90.5 102.5 90.5 135.0 151.5
2 charAt 48.5 53.0 305.0 30851.3 59.3 57.5 52.0 88.5 91.8
4 charAt 28.8 32.1 132.8 2465.1 37.6 33.9 32.3 49.0 47.0
8 new2 18.0 18.6 63.4 1541.3 18.5 17.9 17.6 25.4 25.8
16 new2 14.0 14.7 129.4 1034.7 12.5 16.2 12.0 16.0 16.6
32 new2 7.8 9.1 19.3 431.5 8.1 7.0 6.7 7.9 8.7
64 reuse 6.1 7.5 11.7 204.7 3.5 3.9 4.3 4.2 4.1
128 reuse 6.8 6.8 9.0 101.0 2.6 3.0 3.0 2.6 2.7
256 field2 6.2 6.5 6.9 57.2 2.4 2.7 2.9 2.3 2.3
512 reuse 4.3 4.9 5.8 28.2 2.0 2.6 2.6 2.1 2.1
1,024 charAt 2.0 1.8 5.3 17.6 2.1 2.5 3.5 2.0 2.0
2,048 charAt 1.9 1.7 5.2 11.9 2.2 3.0 2.6 2.0 2.0
4,096 charAt 1.9 1.7 5.1 8.7 2.1 2.6 2.6 1.9 1.9
8,192 charAt 1.9 1.7 5.1 7.6 2.2 2.5 2.6 1.9 1.9
16,384 charAt 1.9 1.7 5.1 6.9 2.2 2.5 2.5 1.9 1.9
32,768 charAt 1.9 1.7 5.1 6.1 2.2 2.5 2.5 1.9 1.9
65,536 charAt 1.9 1.7 5.1 5.5 2.2 2.4 2.4 1.9 1.9
131,072 charAt 1.9 1.7 5.1 5.4 2.3 2.5 2.5 1.9 1.9
262,144 charAt 1.9 1.7 5.1 5.1 2.3 2.5 2.5 1.9 1.9
CÓDIGO DE PROGRAMA RUNNABLE COMPLETO
(para testar no Java 7 e versões anteriores, remova os dois testes de fluxos)
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.function.IntPredicate;
/**
* @author Saint Hill <http://stackoverflow.com/users/1584255/saint-hill>
*/
public final class TestStrings {
// we will not test strings longer than 512KM
final int MAX_STRING_SIZE = 1024 * 256;
// for each string size, we will do all the tests
// this many times
final int TRIES_PER_STRING_SIZE = 1000;
public static void main(String[] args) throws Exception {
new TestStrings().run();
}
void run() throws Exception {
// double the length of the data until it reaches MAX chars long
// 0,1,2,4,8,16,32,64,128,256 ...
final List<Integer> sizes = new ArrayList<>();
for (int n = 0; n <= MAX_STRING_SIZE; n = (n == 0 ? 1 : n * 2)) {
sizes.add(n);
}
// CREATE RANDOM (FOR SHUFFLING ORDER OF TESTS)
final Random random = new Random();
System.out.println("Rate in nanoseconds per character inspected.");
System.out.printf("==== FORWARDS (tries per size: %s) ==== \n", TRIES_PER_STRING_SIZE);
printHeadings(TRIES_PER_STRING_SIZE, random);
for (int size : sizes) {
reportResults(size, test(size, TRIES_PER_STRING_SIZE, random));
}
// reverse order or string sizes
Collections.reverse(sizes);
System.out.println("");
System.out.println("Rate in nanoseconds per character inspected.");
System.out.printf("==== BACKWARDS (tries per size: %s) ==== \n", TRIES_PER_STRING_SIZE);
printHeadings(TRIES_PER_STRING_SIZE, random);
for (int size : sizes) {
reportResults(size, test(size, TRIES_PER_STRING_SIZE, random));
}
}
///
///
/// METHODS OF CHECKING THE CONTENTS
/// OF A STRING. ALWAYS CHECKING FOR
/// WHITESPACE (CHAR <=' ')
///
///
// CHECK THE STRING CONTENTS
int charAtMethod1(final String data) {
final int len = data.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
// SAME AS ABOVE BUT USE String.length()
// instead of making a new final local int
int charAtMethod2(final String data) {
for (int i = 0; i < data.length(); i++) {
if (data.charAt(i) <= ' ') {
doThrow();
}
}
return data.length();
}
// USE new Java-8 String's IntStream
// pass it a PREDICATE to do the checking
int streamMethod(final String data, final IntPredicate predicate) {
if (data.chars().anyMatch(predicate)) {
doThrow();
}
return data.length();
}
// OH LA LA - GO PARALLEL!!!
int streamParallelMethod(final String data, IntPredicate predicate) {
if (data.chars().parallel().anyMatch(predicate)) {
doThrow();
}
return data.length();
}
// Re-fill a resuable char[] with the contents
// of the String's char[]
int reuseBuffMethod(final char[] reusable, final String data) {
final int len = data.length();
data.getChars(0, len, reusable, 0);
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (reusable[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
// Obtain a new copy of char[] from String
int newMethod1(final String data) {
final int len = data.length();
final char[] copy = data.toCharArray();
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (copy[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
}
// Obtain a new copy of char[] from String
// but use FOR-EACH
int newMethod2(final String data) {
for (final char c : data.toCharArray()) {
if (c <= ' ') {
doThrow();
}
}
return data.length();
}
// FANCY!
// OBTAIN FIELD FOR ACCESS TO THE STRING'S
// INTERNAL CHAR[]
int fieldMethod1(final Field field, final String data) {
try {
final char[] chars = (char[]) field.get(data);
final int len = chars.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (chars[i] <= ' ') {
doThrow();
}
}
return len;
} catch (Exception ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
}
// same as above but use FOR-EACH
int fieldMethod2(final Field field, final String data) {
final char[] chars;
try {
chars = (char[]) field.get(data);
} catch (Exception ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
for (final char c : chars) {
if (c <= ' ') {
doThrow();
}
}
return chars.length;
}
/**
*
* Make a list of tests. We will shuffle a copy of this list repeatedly
* while we repeat this test.
*
* @param data
* @return
*/
List<Jobber> makeTests(String data) throws Exception {
// make a list of tests
final List<Jobber> tests = new ArrayList<Jobber>();
tests.add(new Jobber("charAt1") {
int check() {
return charAtMethod1(data);
}
});
tests.add(new Jobber("charAt2") {
int check() {
return charAtMethod2(data);
}
});
tests.add(new Jobber("stream") {
final IntPredicate predicate = new IntPredicate() {
public boolean test(int value) {
return value <= ' ';
}
};
int check() {
return streamMethod(data, predicate);
}
});
tests.add(new Jobber("streamPar") {
final IntPredicate predicate = new IntPredicate() {
public boolean test(int value) {
return value <= ' ';
}
};
int check() {
return streamParallelMethod(data, predicate);
}
});
// Reusable char[] method
tests.add(new Jobber("reuse") {
final char[] cbuff = new char[MAX_STRING_SIZE];
int check() {
return reuseBuffMethod(cbuff, data);
}
});
// New char[] from String
tests.add(new Jobber("new1") {
int check() {
return newMethod1(data);
}
});
// New char[] from String
tests.add(new Jobber("new2") {
int check() {
return newMethod2(data);
}
});
// Use reflection for field access
tests.add(new Jobber("field1") {
final Field field;
{
field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
}
int check() {
return fieldMethod1(field, data);
}
});
// Use reflection for field access
tests.add(new Jobber("field2") {
final Field field;
{
field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
}
int check() {
return fieldMethod2(field, data);
}
});
return tests;
}
/**
* We use this class to keep track of test results
*/
abstract class Jobber {
final String name;
long nanos;
long chars;
long runs;
Jobber(String name) {
this.name = name;
}
abstract int check();
final double nanosPerChar() {
double charsPerRun = chars / runs;
long nanosPerRun = nanos / runs;
return charsPerRun == 0 ? nanosPerRun : nanosPerRun / charsPerRun;
}
final void run() {
runs++;
long time = System.nanoTime();
chars += check();
nanos += System.nanoTime() - time;
}
}
// MAKE A TEST STRING OF RANDOM CHARACTERS A-Z
private String makeTestString(int testSize, char start, char end) {
Random r = new Random();
char[] data = new char[testSize];
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
data[i] = (char) (start + r.nextInt(end));
}
return new String(data);
}
// WE DO THIS IF WE FIND AN ILLEGAL CHARACTER IN THE STRING
public void doThrow() {
throw new RuntimeException("Bzzzt -- Illegal Character!!");
}
/**
* 1. get random string of correct length 2. get tests (List<Jobber>) 3.
* perform tests repeatedly, shuffling each time
*/
List<Jobber> test(int size, int tries, Random random) throws Exception {
String data = makeTestString(size, 'A', 'Z');
List<Jobber> tests = makeTests(data);
List<Jobber> copy = new ArrayList<>(tests);
while (tries-- > 0) {
Collections.shuffle(copy, random);
for (Jobber ti : copy) {
ti.run();
}
}
// check to make sure all char counts the same
long runs = tests.get(0).runs;
long count = tests.get(0).chars;
for (Jobber ti : tests) {
if (ti.runs != runs && ti.chars != count) {
throw new Exception("Char counts should match if all correct algorithms");
}
}
return tests;
}
private void printHeadings(final int TRIES_PER_STRING_SIZE, final Random random) throws Exception {
System.out.print(" Size");
for (Jobber ti : test(0, TRIES_PER_STRING_SIZE, random)) {
System.out.printf("%9s", ti.name);
}
System.out.println("");
}
private void reportResults(int size, List<Jobber> tests) {
System.out.printf("%6d", size);
for (Jobber ti : tests) {
System.out.printf("%,9.2f", ti.nanosPerChar());
}
System.out.println("");
}
}
for (char c : chars)?