【性能】【算法】for循环，性能提高

目录

■提高性能的方法

?原理

1.1.java处理中，计算阶乘，为什么展开循环可以提高效率

1.2.从cpu的流水线角度，再说明一下

■实际运用

1.求和

代码

结果

2.求阶乘 （性能提高效果明显）

代码

结果

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■提高性能的方法

通过展开循环，提高效率。

（算法，CPU原理）

?原理

1.1.java处理中，计算阶乘，为什么展开循环可以提高效率

展开循环可以提高效率的原因是避免了重复的循环操作。在计算阶乘的过程中，我们需要对一个数从1乘到该数本身，如果使用循环来实现这个操作，就需要每次都进行一次循环迭代，直到达到该数。而展开循环的方式，可以直接将每一次循环的结果串联起来，避免了重复的循环操作。

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举个例子，假设要计算5的阶乘。使用循环的方式，需要进行5次循环迭代，分别计算1x2、2x3、3x4、4x5，最后得到120。而展开循环的方式，可以直接计算1x2x3x4x5，得到结果120，避免了重复的循环操作。

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因此，展开循环可以减少循环迭代次数，提高运算效率。但需要注意的是，展开循环在处理大数阶乘时可能会造成溢出问题，需要进行适当的优化处理。

1.2.从cpu的流水线角度，再说明一下

从CPU流水线的角度来看，展开循环可以提高效率的原因是减少了分支（branch）导致的流水线停顿（pipeline stall）。

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在计算阶乘的过程中，循环结构通常会引入条件分支，用于判断循环是否继续。当分支预测（branch prediction）失败时，CPU的流水线会发生停顿，等待分支判断结果返回。这会导致流水线中断，浪费了一些CPU周期。

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而如果采用展开循环的方式，即在代码中展开多个循环迭代，相当于将多个循环迭代的结果直接写入代码中。这样就避免了循环和条件分支的存在，减少了分支预测失败的机会，减少了流水线停顿。

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通过减少流水线停顿，CPU可以更充分地利用流水线的并行性和吞吐量，提高指令的执行效率，加快计算阶乘的速度。

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但是需要注意，展开循环也会增加代码量，可能会导致代码膨胀和缓存不命中等问题，因此在选择是否展开循环时需要综合考虑代码大小、缓存使用情况以及具体的计算规模来做出决策。

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■实际运用

1.求和

代码

package com.sxz.study.alogrithm;

public class TestAlogrithom {

	public static void main(String[] args) {

		long timeBegin = 0;
		long timeEnd =0;
		
		
		timeBegin = System.currentTimeMillis();
		long result1 = calc001(1000000000);
		System.out.println(result1);
		timeEnd = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(timeEnd-timeBegin);
		
		timeBegin = System.currentTimeMillis();
		long result2 = calc002(1000000000);
		System.out.println(result2);
		timeEnd = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(timeEnd-timeBegin);
		
	}

	public static long calc001(int sumNumber) {
		long count = 0;

		for (int i = 1; i <= sumNumber; i++) {
			count += i;
		}

		return count;

	}

	public static long calc002(int sumNumber) {
		long count1 = 0, count2 = 0, count3 = 0, count4 = 0;
		
		// 假设，sumNuber 是4的倍数
		for (int i = 1; i <= sumNumber; i+=4) {
			count1 += i;
			count2 += i+1;
			count3 += i+2;
			count4 += i+3;
		}

		return count1 + count2 + count3 + count4;

	}
	
	

}

结果??

性能提高 了近14% (299 ? 258)?

（299-258）/ 299 = 13.71%

299 / 258 =1.1589

改善后，速度是之前的1.16倍

500000000500000000
299
500000000500000000
258

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2.求阶乘 （性能提高效果明显）

代码

package com.sxz.study.alogrithm;

import java.math.BigDecimal;

public class TestAlogrithom2 {

	public static void main(String[] args) {

		long timeBegin = 0;
		long timeEnd =0;
		
		
		timeBegin = System.currentTimeMillis();
		BigDecimal result1 = calc001(10000);
		System.out.println(result1);
		timeEnd = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(timeEnd-timeBegin);
		
		timeBegin = System.currentTimeMillis();
		BigDecimal result2 = calc002(10000);
		System.out.println(result2);
		timeEnd = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(timeEnd-timeBegin);
		
	}

	public static BigDecimal calc001(int sumNumber) {
		BigDecimal count = new BigDecimal(1);

		for (int i = 1; i <= sumNumber; i++) {
			count = count.multiply(new BigDecimal(i));
		}

		return count;

	}

	public static BigDecimal calc002(int sumNumber) {
		BigDecimal count1 = new BigDecimal(1);
		BigDecimal count2 = new BigDecimal(1);
		BigDecimal count3 = new BigDecimal(1);
		BigDecimal count4 = new BigDecimal(1);
		
		
		
		// 假设，sumNuber 是4的倍数
		for (int i = 1; i <= sumNumber; i+=4) {
			count1 = count1.multiply(new BigDecimal(i));
			count2 = count2.multiply(new BigDecimal(i+1));
			count3 = count3.multiply(new BigDecimal(i+2));
			count4 = count4.multiply(new BigDecimal(i+3));
		}

		return count1.multiply(count2).multiply(count3).multiply(count4);

	}
	
	

}

结果

性格提高了近69%%? (92 ? 29)

（92-29）/ 2 = 68.47

92/29 = 3.17

改善后，速度是之前的三倍。

2846..........0000
92
2846..........0000
29

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