循環嵌套性能優化

轉載：http://cgs1999.iteye.com/blog/1596671

1、案例描述

某日，在JavaEye上看到一道面試題，題目是這樣的：請對以下的代碼進行優化

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);

2、案例分析

從上述代碼案例可以看出，不論如何優化，testFunction()執行的次數都是相同的，該部分是不存在優化的可能。那麼優化只能從循環變量i,j,k的實例化、初始化、比較、自增等耗時方面來進行分析。首先，分析原題代碼循環變量在以上方面的耗時情況：

變量	實例化（次數）	初始化（次數）	比較（次數）	自增（次數）
i	1	1	1000	1000
j	1000	1000	1000*100	1000*100
k	1000*100	1000*100	1000*100*10	1000*100*10

目的：該代碼性能優化就是要儘可能地減少循環變量i、j、k的實例化、初始化、比較、自增的次數，同時不引起其他可能的耗時運算。

3、解決過程

優化方案①：

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次數少的放在外面，循環次數多的放在裏層，這樣可以最大程度地減少相關循環變量的實例化次數、初始化次數等，方案耗時情況如下：

變量	實例化（次數）	初始化（次數）	比較（次數）	自增（次數）
i	1	1	10	10
j	10	10	10*100	10*100
k	10*100	10*100	10*100*1000	10*100*1000

優化方案②：

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);

該方案主要是在方案①的基礎上，將循環變量的實例化放在循環外，這樣可以進一步減少實例化次數，耗時情況如下表：

變量	實例化（次數）	初始化（次數）	比較（次數）	自增（次數）
i	1	1	10	10
j	1	10	10*100	10*100
k	1	10*100	10*100*1000	10*100*1000

注：方案②的優勢體現在若將i、j、k的數值提高更多的，其提升的效果才更明顯。

4、測試代碼

public class Test {
    public static void main(String[] args){
//      testA();
//      testB();
        testC();
    }

    public static void testA(){
        long start = System.nanoTime();
        for(int i = 0; i < 10; i++)
            for(int j = 0; j < 1000; j++)
                for(int k = 0; k < 10000; k++)
                    ;
        System.out.println("testA time>>"+(System.nanoTime()-start)+"ns");
    }

    public static void testB(){
        long start = System.nanoTime();
        for(int i = 0; i < 10000; i++)
            for(int j = 0; j < 1000; j++)
                for(int k = 0; k < 10; k++)
                    ;
        System.out.println("testB time>>"+(System.nanoTime()-start)+"ns");
    }

    public static void testC(){
        long start = System.nanoTime();
        int i, j, k;
        for(i = 0; i < 10; i++)
            for(j = 0; j < 1000; j++)
                for(k = 0; k < 10000; k++)
                    ;
        System.out.println("testC time>>"+(System.nanoTime()-start)+"ns");
    }
}