把成员变量转换成局部变量会更快吗？

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发布于: 2021 年 01 月 08 日

直接看一段测试

@Benchmark@Warmup(iterations = 2, time = 1)@Measurement(iterations = 2, time = 1)@Fork(value = 1)@State(Scope.Benchmark)@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)public class Performance {
    int a;

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {        Options opt = new OptionsBuilder()                .include(Performance.class.getSimpleName())                .build();
        new Runner(opt).run();    }
    @Benchmark    public void playWithMember() {        int c;        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {            c=a+i;        }
    }
    @Benchmark    public void playInStack() {        int s = a;        int c;        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {            c=s+i;        }    }
}

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测试结果

Benchmark                   Mode  Cnt  Score   Error  UnitsPerformance.playInStack     avgt    2  0.406          ns/opPerformance.playWithMember  avgt    2  0.403          ns/op

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可以看到两者几乎没有差别。这是为什么呢？我们都知道，局部变量可以在栈上直接获取，有直接的字节码指令，而成员变量则需要取到对象，再取到字段值，要两条字节码指令，所以应该成员变量会比局部变量慢都多啊，但是事实明显不是这样。

接下来我们逐步分析，我们先看 java 代码编译后的字节码

成员变量：

果然不出我们所料，成员变量的获取需要两条指令，aload_0 和 getfield。

局部变量：

局部变量也不出我们所料，只有一条指令 iload_1。

但是其实机器并不认识字节码，真正执行的是机器码，也就是我们说的汇编，每条字节码都有自己对应的汇编指令，解析执行阶段是按字节码指令逐个解释执行，但是经过 jit 后，会进行优化和编译成本地代码执行。执行原理我在公众号上分享过，有兴趣都可以翻来看看。

既然如此，我们看下真正执行的汇编代码。

成员变量：

rsi 寄存器存放都是对象地址，加上 0xc 刚好是字段 a 的地址。一条 mov 指令，完成了把对象的成员变量的值转移到寄存器 ebx 上。

局部变量：

第一个圈为把成员变量转换为局部变量，第二个是使用局部变量。可以看到使用局部变量也是一条 mov 指令就可以了。

到这里我们发现，使用局部变量和成员变量，都是一条 mov 指令，所以性能是一样的。这也跟我们前面的测试结果相吻合。但是细心的同学会发现，前面的局部变量的基准测试反而慢了一点点，原因是局部变量多了一句成员变量到局部变量到转换，但是真正在使用效率上是一样的。

其实我们刚才看的是 c1 编译后的代码，如果是 c2 完全优化后，它们是一摸一样。

成员变量：

局部变量：

可以发现它们最终的执行是个空方法，因为经过逃逸分析，无用代码消除，我们里面的变量并没有实质的作用。

到这里是不是真相了呢？不是，如果我们让代码不进行编译，完全解释执行看看。

在基准测试类上加上 @CompilerControl(CompilerControl.Mode.EXCLUDE)


Benchmark                   Mode  Cnt          Score   Error  UnitsPerformance.playInStack     avgt    2   11204872.244          ns/opPerformance.playWithMember  avgt    2  102200762.550          ns/op

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可以看到，这里就符合我们最初的预期。成员变量比局部变量慢很多，差不多一个数量级。并且解释执行比 jit 后慢很多。

总结，局部变量在基于栈，解释执行的时候有优势，但是在编译成本地代码，都是基于寄存器来执行运算，它们性能就差不多了，甚至经过 jit 编译技术优化后，可能完全相同。

发布于: 2021 年 01 月 08 日阅读数: 19

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/566fbb944eb18b327d65d6083】。文章转载请联系作者。

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