1 案例描述

某日，在JavaEye上看到一道面試題，題目是這樣的：請對以下的代碼進(jìn)行優(yōu)化

for (int i = 0; i < 1000; i++)  
    for (int j = 0; j < 100; j++)  
        for (int k = 0; k < 10; k++)  
            testFunction (i, j, k); 

（注：為了同后面的內(nèi)容一致，這里對原題目進(jìn)行了部分修改）

2 案例分析

從給出的代碼可知，不論如何優(yōu)化，testFunction執(zhí)行的次數(shù)都是相同的，該部分不存在優(yōu)化的可能。那么，代碼的優(yōu)化只能從循環(huán)變量i、j、k的實(shí)例化、初始化、比較、自增等方面的耗時(shí)上進(jìn)行分析。

首先，我們先分析原題代碼循環(huán)變量在實(shí)例化、初始化、比較、自增等方面的耗時(shí)情況：

（注：由于單次耗時(shí)視不同機(jī)器配置而不同，上表相關(guān)耗時(shí)采用處理的次數(shù)進(jìn)行說明）

該代碼的性能優(yōu)化就是盡可能減少循環(huán)變量i、j、k的實(shí)例化、初始化、比較、自增的次數(shù)，同時(shí)，不能引進(jìn)其它可能的運(yùn)算耗時(shí)。

3 解決過程

從案例分析，對于原題代碼，我們提出有兩種優(yōu)化方案：

3.1 優(yōu)化方案一

for (int i = 0; i < 10; i++)  
    for (int j = 0; j < 100; j++)  
        for (int k = 0; k < 1000; k++)  
            testFunction (k, j, i); 

該方案主要是將循環(huán)次數(shù)最少的放到外面，循環(huán)次數(shù)最多的放里面，這樣可以最大程度的（注：3個(gè)不同次數(shù)的循環(huán)變量共有6種排列組合情況，此種組合為最優(yōu)）減少相關(guān)循環(huán)變量的實(shí)例化次數(shù)、初始化次數(shù)、比較次數(shù)、自增次數(shù)，方案耗時(shí)情況如下：

3.2 優(yōu)化方案二

int i, j, k;  
for (i = 0; i < 10; i++)  
    for (j = 0; j < 100; j++)  
        for (k = 0; k < 1000; k++)  
            testFunction (k, j, i); 

該方案在方案一的基礎(chǔ)上，將循環(huán)變量的實(shí)例化放到循環(huán)外，這樣可以進(jìn)一步減少相關(guān)循環(huán)變量的實(shí)例化次數(shù)，方案耗時(shí)情況如下：

4 解決結(jié)果

那么，提出的優(yōu)化方案是否如我們分析的那樣有了性能上的提升了呢？我們編寫一些測試代碼進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)據(jù)更能說明我們的優(yōu)化效果。

4.1 測試代碼

public static void testFunction(int i, int j, int k) {  
        System.out.print("");   // 注：該方法不影響整體優(yōu)化，這里只有簡單輸出  
    }  
 
    public static void testA() {  
        long start = System.nanoTime();  
        for (int i = 0; i < 1000; i++)  
            for (int j = 0; j < 100; j++)  
                for (int k = 0; k < 10; k++)  
                    testFunction(i, j, k);  
        System.out.println("testA time>>" + (System.nanoTime() - start));  
    }  
 
    public static void testB() {  
        long start = System.nanoTime();  
        for (int i = 0; i < 10; i++)  
            for (int j = 0; j < 100; j++)  
                for (int k = 0; k < 1000; k++)  
                    testFunction(k, j, i);  
        System.out.println("testB time>>" + (System.nanoTime() - start));  
    }  
 
    public static void testC() {  
        long start = System.nanoTime();  
        int i;  
        int j;  
        int k;  
        for (i = 0; i < 10; i++)  
            for (j = 0; j < 100; j++)  
                for (k = 0; k < 1000; k++)  
                    testFunction(k, j, i);  
        System.out.println("testC time>>" + (System.nanoTime() - start));  
} 

4.2 測試結(jié)果

1、測試機(jī)器配置：Pentium(R) Dual-Core CPU E5400 @2.70GHz 2.70GHz, 2GB內(nèi)存；

2、循環(huán)變量i、j、k循環(huán)次數(shù)分別為10、100、1000，進(jìn)行5組測試，測試結(jié)果如下：

從上面的測試結(jié)果來看，優(yōu)化后的方案明顯性能優(yōu)于原方案，達(dá)到了優(yōu)化的效果。但優(yōu)化方案二并沒有如我們預(yù)期的優(yōu)于方案一，其中第2、4、5組的數(shù)據(jù)更是比方案一差，懷疑可能是循環(huán)次數(shù)太少，以及測試環(huán)境相關(guān)因素影響下出現(xiàn)的結(jié)果。

3、重新調(diào)整循環(huán)變量i、j、k循環(huán)次數(shù)分別為20、200、2000，進(jìn)行5組測試，測試結(jié)果如下：

從上面的測試結(jié)果來看，優(yōu)化后的方案基本符合我們的預(yù)期結(jié)果。

5 總結(jié)

從案例分析和解決過程中的三個(gè)表的分析可知，優(yōu)化方案一和優(yōu)化方案二的性能都比原代碼的性能好，其中優(yōu)化方案二的性能是最好的。在嵌套For循環(huán)中，將循環(huán)次數(shù)多的循環(huán)放在內(nèi)側(cè)，循環(huán)次數(shù)少的循環(huán)放在外側(cè)，其性能會提高；減少循環(huán)變量的實(shí)例化，其性能也會提高。從測試數(shù)據(jù)可知，對于兩種優(yōu)化方案，如果在循環(huán)次數(shù)較少的情況下，其運(yùn)行效果區(qū)別不大；但在循環(huán)次數(shù)較多的情況下，其效果就比較明顯了。

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