语言性能的客观分析 - 1)数学函数

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引言

本系列文章对 Java 和 C# .NET（2.0、3.0 和 3.5）的语言性能进行了客观的分析。这些文章的目的是结束关于 .Net 比 Java 好还是 Java 比 .Net 好的老生常谈的争论。本文分析了所有语言共有的标准基础数学运算符的性能，特别是构成大多数程序基本组件的数学运算符。

分析范围

在本文中，对以下函数进行了性能测试；

函数	Java 等效项	C# .Net 等效项
Add	+	+
Subtract	-	-
Multiply	*	*
Divide	/	/
幂	Math.power(x, y)	Math.Pow(x, y)

测试流程

要点

• 测试通过控制台进行，所有情况在测试开始前系统负载最小。
• 所有系统自动更新均已禁用。
• 运行任务管理器，并设置为显示所有进程按 CPU 使用率降序排列；如果任何其他进程的使用率超过 5%，则重启测试。
• 测试进程设置为单核亲和性（以减少 CPU 影响）。
• 所有测试均执行 5 次，以减少数据噪音并提高准确性。
• 所有测试均在同一多核系统上执行（减少其他进程的影响）。
• 每个数学函数都测试 1000000000 次，以减少系统时间计算的误差并提高测量精度。
• 通过对照组消除了循环 1000000000 次的影响。

测试系统

CPU	Intel Core 2 Extreme QX6700 - Kentsfield, 2.66Ghz
主板	ASUSTeK - P5WDG2 WS Pro
内存	DDR2 - 5120MB, 双通道

测试代码

对照组

double y = 0;
int controlStart = System.Environment.TickCount;
for (int i = 0; i < 1000000000; i++)
{
   y = y + 1;
}
int controlEnd = System.Environment.TickCount;

Console.WriteLine(y.ToString());

对照组旨在消除测试函数循环的影响。为防止编译器优化移除循环，循环执行一个简单的加法函数，该函数用于所有函数测试（见下文）。此外，加法函数的值会在最后打印出来，同样是为了防止编译器优化因未使用而移除 y，然后移除循环本身。对照组重复执行 5 次，并使用所有（controlEnd - controlStart）的平均值作为 controlTime。y 在每次测试开始时重置为 0。

测试用例

y = 0;
double x = 0;
int addStart = System.Environment.TickCount;
for (int i = 0; i < 1000000000; i++)
{
   y = y + 1;
   x = x + 1;
}
int addEnd = System.Environment.TickCount;

Console.WriteLine(y.ToString());
Console.WriteLine(x.ToString());

测试用例尽可能地与对照组保持一致，只是增加了被测试的数学函数。在此示例中，正在测试加法函数，并且与对照组一样，x 的值会在最后打印出来，以防止因编译器优化而移除 x。此外，还可以通过比较结果的 x 值来确认各种被测试语言之间功能的等同性。测试时间计算为 ((addEnd - addStart) - controlTime)。

其他测试按如下方式执行；

函数	代码
Add	x = x + 1;
Subtract	x = x - 1;
Multiply	x = x * 1.1;
Divide	x = x / 1.1;
幂	x = Math.Pow(x, 1.1);

结果分析

所有时间单位均为毫秒，是 5 次测试运行的平均值。

值越低越好。

在这些图中显示了函数的相对性能，与人们普遍认为的可能相反的是，除了幂运算和乘法之外，Java 实际上似乎优于 C# .Net 语言。然而，值得注意的是，Java 的加法和减法情况实际上低于 0，这表明对照组运行得特别慢，或者可能发生了一些优化。由于 Java 的对照组显示出良好的一致性，因此前者不太可能。

值越低越好。

在此图中，显示了 5 次运行中完成对照组的总时间。有趣的是，.Net 语言由于从第 1 次运行到后续运行的总体时间持续减少，表明发生了一些优化；在 Java 中看不到这种效果，Java 的性能似乎持续更好（也许是因为对照组本身基于加法函数，而根据以上结果，该函数表现明显更好）。

摘要

• 对照组，即循环和加法函数，在 Java 中表现更稳定。
• .Net 对重复函数进行了一些优化，而 Java 没有。
• Java 在除法、加法和减法函数方面表现更好（尽管需要进一步测试来确认）。
• .Net 在乘法和幂函数方面表现更好。

其他参考文献

请稍后回来查看关于磁盘访问和接口更新性能比较的其他文章。

历史

版本 1.0.0.1 - 测试 +, -, *, /, 和幂运算。