Java中堆、棧,靜態方法和非靜態方法的速度問題


       一、堆和棧的速度性能分析

       堆和棧是JVM內存模型中的2個重要組成部分,自己很早以前也總結過堆和棧的區別,基本都是從存儲內容,存儲空間大小,存儲速度這幾個方面來理解的,但是關於堆和棧的存儲速度,只知道堆存儲速度慢,棧存儲速度快,至於為什么堆比棧的存取速度慢,並沒有特別深入的研究,從網上也找了很多資料,但很多理由並不太認同,這里也列舉一些,並結合自己的理解來分析,如果不正確歡迎指正。

       1、從分配的角度分析

            java中棧的大小和生命周期在編譯期間就確定了的(可以參考之前寫的一篇JVM內存模型中的分析,本周末會寫一篇該系列知識點中GC策略和GC收集器的博客),而堆是在運行時動態分配的,這會花不少時間,因此從分配的角度來說,堆比棧速度慢。

      2、從訪問角度分析

           網上很多文章都說訪問棧只需1次,而訪問堆需要2次,一次取地址,第二次根據地址去訪問對象,這個觀點我並不是完全認同。我們知道,虛擬機棧中存儲的是一個個棧幀,每個棧幀中存儲的是一些局部變量表,操作數,動態鏈接和返回地址等,當訪問棧的時候,一次訪問就可以獲取這些數據,而java中訪問堆對象的方式主要有2種:通過直接指針和句柄訪問,直接指針的方式有點類似於數組的首地址,通過直接指針能快速找到這個對象,只需1次訪問。這種方式相比句柄的好處是速度更快,但缺點也很明細:當進行GC的時候,地址會發生變化,而GC是很頻繁的。另一種方式是句柄,句柄就相當於一個小區的門衛,當你要找這個小區里的某個住戶時(這個住戶很有錢很任性,每天住在不同的樓層和房間),你要先去找門衛,門衛會告訴你這個人他今天在哪棟樓哪個房間,然后你再到這個房間去找就行了。這樣一來你就需要訪問2次(1次門衛,再根據門衛去找住戶)。這樣速度自然就慢了,但這種方式的好處就是:通過門衛你永遠都能知道這個住戶在哪里,不管住戶怎么變(GC過程中對象會頻繁移動,導致地址會頻繁變更)。因此我的理解應該是:如果堆使用的是直接指針的方式的話,從訪問角度來說,應該區別不大,當然如果是句柄的方式,倒有些道理。

       3、從CPU命中率角度分析

           我們知道CPU有3級緩存,一級緩存速度最快,接近CPU的速度,但是一級緩存比較小,二級緩存速度次之,空間稍大,三級緩存速度又慢些,空間又大些,而且CPU讀取的時候是按行來讀取的,比如64位的機器每次讀取的就是64位,相當於每次可以讀取2個int類型的長度,每次讀取某個數據的時候,可能會把相鄰的數據一塊讀取進來,而棧占用的空間小,這樣CPU的命中率會更高些,而且淘汰率會更低,而堆占用的空間大,相對來說,每次讀取命中率更低了,淘汰率也更高,因此從這個角度來說,棧也比堆要快寫。

       上面說的是堆和棧的存儲速度區別,下面再來分析下靜態方法和非靜態方法的速度比較。

       二、靜態方法和非靜態方法(已經創建對象前提下)執行性能分析

       其實之前的直覺是靜態方法的訪問速度應該會比非靜態方法快,因為靜態方法在加載類的時候就存到方法區了,運行時可以直接調用,而非靜態方法調用時需要先初始化對象再來調用,那問題來了:假如對象已經初始化了,再調用靜態方法和非靜態方法哪個快呢?開始以為非靜態方法要快,因為非靜態方法是存儲在虛擬機棧中的,而棧的訪問速度是比較快的,但是這並不嚴謹,那就來個實驗吧。

      

     下圖是多次運行的結果:

     第一次:

       

     第二次:

     

     第三次:

     

     第四次: 

     

    可以看到,循環10000次的結果里,非靜態方法的執行速度4次里有3次都比靜態方法快。再來個100000次的循環看看結果:

    第一次:

    

   第二次:

        

    第三次:

    

   第4次:

    

    這個就更明顯了,所以就實驗結果而言,如果在已經創建對象的前提下,非靜態方法的訪問速度是比靜態方法的訪問速度快的。但是至於原因,上面的理由感覺還是有點勉強,依舊不是很清楚,歡迎各位大神指點

 

 

 

 

  


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