Tại sao chuyển đổi nhanh hơn nếu

Rất nhiều sách Java mô tả switchcâu lệnh này nhanh hơn if elsecâu lệnh. Nhưng tôi không tìm thấy bất cứ nơi nào tại sao chuyển đổi nhanh hơn nếu .

Thí dụ

Tôi có một tình huống tôi phải chọn bất kỳ một trong hai mục. Tôi có thể sử dụng một trong hai cách sử dụng

switch (item) {
    case BREAD:
        //eat Bread
        break;
    default:
        //leave the restaurant
}

hoặc là

if (item == BREAD) {
    //eat Bread
} else {
    //leave the restaurant
}

coi item và BREAD là một giá trị int không đổi.

Trong ví dụ trên, cái nào hoạt động nhanh hơn và tại sao?

Bởi vì có các mã byte đặc biệt cho phép đánh giá tuyên bố chuyển đổi hiệu quả khi có nhiều trường hợp.

Nếu được triển khai với câu lệnh IF, bạn sẽ có một dấu kiểm, một bước nhảy sang mệnh đề tiếp theo, một dấu kiểm, một bước nhảy sang mệnh đề tiếp theo, v.v. Với chuyển đổi JVM tải giá trị để so sánh và lặp lại qua bảng giá trị để tìm một kết quả phù hợp, nhanh hơn trong hầu hết các trường hợp.

Một switchtuyên bố không phải lúc nào cũng nhanh hơn một iftuyên bố. Nó mở rộng quy mô tốt hơn một danh sách dài các if-elsecâu lệnh vì switchcó thể thực hiện tra cứu dựa trên tất cả các giá trị. Tuy nhiên, đối với một điều kiện ngắn, nó sẽ không nhanh hơn và có thể chậm hơn.

JVM hiện tại có hai loại mã byte chuyển đổi: LookupSwitch và TableSwitch.

Mỗi trường hợp trong một câu lệnh switch có một phần bù số nguyên, nếu các phần bù này liền kề nhau (hoặc hầu hết là liền nhau không có khoảng trống lớn) (trường hợp 0: trường hợp 1: trường hợp 2, v.v.), thì TableSwitch được sử dụng.

Nếu các hiệu số được dàn trải với khoảng trống lớn (trường hợp 0: trường hợp 400: trường hợp 93748:, v.v.), thì LookupSwitch được sử dụng.

Nói tóm lại, sự khác biệt là TableSwitch được thực hiện trong thời gian không đổi vì mỗi giá trị trong phạm vi các giá trị có thể được cung cấp một độ lệch mã byte cụ thể. Do đó, khi bạn cung cấp cho câu lệnh một phần bù là 3, nó sẽ biết nhảy lên trước 3 để tìm nhánh chính xác.

Công tắc tra cứu sử dụng tìm kiếm nhị phân để tìm nhánh mã chính xác. Điều này chạy trong thời gian O (log n), vẫn tốt, nhưng không phải là tốt nhất.

Để biết thêm thông tin về điều này, hãy xem tại đây: Sự khác biệt giữa LookupSwitch của JVM và TableSwitch?

Vì vậy, theo cách nào là nhanh nhất, hãy sử dụng phương pháp này: Nếu bạn có 3 trường hợp trở lên có giá trị liên tiếp hoặc gần như liên tiếp, hãy luôn sử dụng một công tắc.

Nếu bạn có 2 trường hợp, hãy sử dụng câu lệnh if.

Đối với bất kỳ tình huống nào khác, rất có thể chuyển đổi nhanh hơn, nhưng nó không được đảm bảo, vì tìm kiếm nhị phân trong LookupSwitch có thể gặp phải tình huống xấu.

Ngoài ra, hãy nhớ rằng JVM sẽ chạy tối ưu hóa JIT trên các câu lệnh if sẽ cố gắng đặt nhánh nóng nhất đầu tiên trong mã. Đây được gọi là "Dự đoán nhánh". Để biết thêm thông tin về điều này, hãy xem tại đây: https://dzone.com/articles/branch-prediction-in-java

Kinh nghiệm của bạn có thể khác nhau. Tôi không biết rằng JVM không chạy tối ưu hóa tương tự trên LookupSwitch, nhưng tôi đã học được cách tin tưởng vào các tối ưu hóa của JIT và không cố gắng vượt qua trình biên dịch.

Vì vậy, nếu bạn có kế hoạch có vô số gói bộ nhớ không thực sự là một chi phí lớn ngày nay và các mảng khá nhanh. Bạn cũng không thể dựa vào câu lệnh switch để tự động tạo bảng nhảy và như vậy, việc tự tạo kịch bản bảng nhảy sẽ dễ dàng hơn. Như bạn có thể thấy trong ví dụ dưới đây, chúng tôi giả định tối đa là 255 gói.

Để có được kết quả dưới đây, bạn cần sự trừu tượng .. Tôi sẽ không giải thích cách hoạt động của nó, vì vậy hy vọng bạn hiểu được điều đó.

Tôi đã cập nhật điều này để đặt kích thước gói thành 255 nếu bạn cần thêm thì bạn sẽ phải kiểm tra giới hạn cho (id <0) || (id> chiều dài).

Packets[] packets = new Packets[255];

static {
     packets[0] = new Login(6);
     packets[2] = new Logout(8);
     packets[4] = new GetMessage(1);
     packets[8] = new AddFriend(0);
     packets[11] = new JoinGroupChat(7); // etc... not going to finish.
}

public void handlePacket(IncomingData data)
{
    int id = data.readByte() & 0xFF; //Secure value to 0-255.

    if (packet[id] == null)
        return; //Leave if packet is unhandled.

    packets[id].execute(data);
}

Chỉnh sửa vì tôi sử dụng Jump Table trong C ++ rất nhiều nên bây giờ tôi sẽ hiển thị một ví dụ về bảng nhảy con trỏ hàm. Đây là một ví dụ rất chung chung, nhưng tôi đã chạy nó và nó hoạt động chính xác. Hãy nhớ rằng bạn phải đặt con trỏ thành NULL, C ++ sẽ không tự động làm điều này như trong Java.

#include <iostream>

struct Packet
{
    void(*execute)() = NULL;
};

Packet incoming_packet[255];
uint8_t test_value = 0;

void A() 
{ 
    std::cout << "I'm the 1st test.\n";
}

void B() 
{ 
    std::cout << "I'm the 2nd test.\n";
}

void Empty() 
{ 

}

void Update()
{
    if (incoming_packet[test_value].execute == NULL)
        return;

    incoming_packet[test_value].execute();
}

void InitializePackets()
{
    incoming_packet[0].execute = A;
    incoming_packet[2].execute = B;
    incoming_packet[6].execute = A;
    incoming_packet[9].execute = Empty;
}

int main()
{
    InitializePackets();

    for (int i = 0; i < 512; ++i)
    {
        Update();
        ++test_value;
    }
    system("pause");
    return 0;
}

Ngoài ra, một điểm khác mà tôi muốn đưa ra là Sự chia cắt và Chinh phục nổi tiếng. Vì vậy, ý tưởng mảng 255 ở trên của tôi có thể được giảm xuống không còn 8 câu lệnh if trong trường hợp xấu nhất.

Tức là nhưng hãy nhớ rằng nó sẽ lộn xộn và khó quản lý nhanh và cách tiếp cận khác của tôi nói chung là tốt hơn, nhưng điều này được sử dụng trong trường hợp các mảng sẽ không cắt nó. Bạn phải tìm ra trường hợp sử dụng của mình và khi mỗi tình huống hoạt động tốt nhất. Cũng như bạn sẽ không muốn sử dụng một trong hai phương pháp này nếu bạn chỉ có một vài lần kiểm tra.

If (Value >= 128)
{
   if (Value >= 192)
   {
        if (Value >= 224)
        {
             if (Value >= 240)
             {
                  if (Value >= 248)
                  {
                      if (Value >= 252)
                      {
                          if (Value >= 254)
                          {
                              if (value == 255)
                              {

                              } else {

                              }
                          }
                      }
                  }
             }      
        }
   }
}

Ở mức bytecode, biến chủ đề chỉ được tải một lần vào thanh ghi bộ xử lý từ một địa chỉ bộ nhớ trong tệp .class có cấu trúc được tải bởi Runtime và đây là một câu lệnh switch; trong khi trong câu lệnh if, một lệnh jvm khác được tạo bởi DE biên dịch mã của bạn và điều này yêu cầu mỗi biến được tải vào các thanh ghi mặc dù cùng một biến được sử dụng như trong câu lệnh if tiếp theo. Nếu bạn biết viết mã bằng hợp ngữ thì điều này sẽ trở nên phổ biến; mặc dù các cox được biên dịch trong java không phải là mã bytecode hay mã máy trực tiếp, khái niệm điều kiện ở đây vẫn nhất quán. Vâng, tôi đã cố gắng tránh tính kỹ thuật sâu hơn khi giải thích. Tôi hy vọng tôi đã làm cho khái niệm rõ ràng và phân minh. Cảm ơn bạn.