Java迭代与递归

Question

谁能解释一下为什么下面的递归方法比迭代方法更快(两者都在做字符串连接)？迭代方法不是应该比递归方法更好吗？另外，每次递归调用都会在堆栈的顶部添加一个新的层，这可能是非常低效的空间。

    private static void string_concat(StringBuilder sb, int count){
        if(count >= 9999) return;
        string_concat(sb.append(count), count+1);
    }
    public static void main(String [] arg){

        long s = System.currentTimeMillis();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(int i = 0; i < 9999; i++){
            sb.append(i);
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-s);
        s = System.currentTimeMillis();
        string_concat(new StringBuilder(),0);
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-s);

    }

我多次运行这个程序，递归的总是比迭代的快3-4倍。导致迭代速度变慢的主要原因是什么？

Answer 1

参见my comments。

确保您学习如何正确地进行微基准测试。你应该对两者的多次迭代进行计时，并在你的时间内平均这些迭代。除此之外，您应该确保VM不会因为不编译第一个而给第二个带来不公平的优势。

实际上，默认的HotSpot编译阈值(可通过-XX:CompileThreshold配置)是10,000次调用，这可能解释了您在这里看到的结果。HotSpot实际上不做任何尾部优化，所以递归解决方案更快是很奇怪的。将StringBuilder.append编译成本机代码主要是为了实现递归解决方案，这是很有可能的。

我决定重写基准测试，并亲自查看结果。

public final class AppendMicrobenchmark {

  static void recursive(final StringBuilder builder, final int n) {
    if (n > 0) {
      recursive(builder.append(n), n - 1);
    }
  }

  static void iterative(final StringBuilder builder) {
    for (int i = 10000; i >= 0; --i) {
      builder.append(i);
    }
  }

  public static void main(final String[] argv) {
    /* warm-up */
    for (int i = 200000; i >= 0; --i) {
      new StringBuilder().append(i);
    }

    /* recursive benchmark */
    long start = System.nanoTime();
    for (int i = 1000; i >= 0; --i) {
      recursive(new StringBuilder(), 10000);
    }
    System.out.printf("recursive: %.2fus\n", (System.nanoTime() - start) / 1000000D);

    /* iterative benchmark */
    start = System.nanoTime();
    for (int i = 1000; i >= 0; --i) {
      iterative(new StringBuilder());
    }
    System.out.printf("iterative: %.2fus\n", (System.nanoTime() - start) / 1000000D);
  }
}

这是我的结果。

C:\dev\scrap>java AppendMicrobenchmark递归: 405.41us迭代: 313.20us C:\dev\scrap>java -server AppendMicrobenchmark递归: 397.43us迭代: 312.14us

这是每种方法平均超过1000次试验的时间。

从本质上讲，您的基准测试的问题是，它不是许多试验(law of large numbers)的平均值，并且它高度依赖于单个基准测试的顺序。我给你的原始结果是：

C:\dev\scrap>java StringBuilderBenchmark 80 41

这对我来说意义不大。HotSpot VM上的递归很可能不会像迭代那样快，因为到目前为止，它还没有实现您可能会发现用于函数式语言的任何类型的尾部优化。

现在，有趣的是，默认的HotSpot即时编译阈值是10,000次调用。在编译append之前，您的迭代基准测试很可能大部分时间都在执行。另一方面，您的递归方法应该相对较快，因为它很可能在编译后使用append。为了消除这一点对结果的影响，我传递了-XX:CompileThreshold=0并发现...

C:\dev\scrap>java -XX:CompileThreshold=0 StringBuilderBenchmark 8 8

因此，当涉及到它时，它们的速度大致相等。然而，请注意，如果您以更高的精度进行平均，迭代似乎会更快一些。顺序可能仍然会影响我的基准测试，因为后一个基准测试的优势是VM收集了更多的统计信息来进行动态优化。