什么是环路反转技术？

java jit jvm machine-instruction

2022-08-31 11:30:53

我正在浏览一个文档，其中讨论了Java的即时编译器（JIT）优化技术。其中之一是“循环反转”。该文件说：

将常规循环替换为循环。循环是在子句中设置的。这种替换导致跳转次数减少两次。whiledo-whiledo-whileif

循环反转如何工作，如何优化我们的代码路径？

注意：如果有人能用Java代码的例子来解释，以及JIT如何将其优化为本机代码，以及为什么它在现代处理器中是最佳的，那就太好了。

答案 1

while (condition) { 
  ... 
}

工作流程：

检查条件;
如果为假，请跳到循环外;
运行一次迭代;
跳转到顶部。

if (condition) do {
  ...
} while (condition);

工作流程：

检查条件;
如果为假，请跳到循环之外;
运行一次迭代;
检查条件;
如果为 true，请跳至步骤 3。

比较这两者，你可以很容易地看到，后者可能根本不做任何跳跃，只要循环中只有一个步骤，并且通常跳跃的次数将比迭代次数少一个。前者将不得不跳回去检查条件，只有当条件为假时才能跳出循环。

在现代流水线 CPU 架构上跳转可能非常昂贵：由于 CPU 在跳转之前完成了检查的执行，因此跳转之外的指令已经在流水线的中间。如果分支预测失败，则必须放弃所有这些处理。在重新请求管道时，进一步执行将延迟。

解释上述分支预测：对于每种条件跳转，CPU都有两条指令，每条指令包括对结果的押注。例如，您可以在循环结束时放置一条指令，说“如果不是零则跳转，则押注不是零”，因为除了最后一次迭代之外，必须在所有迭代中进行跳转。这样，CPU 开始使用跳转目标后面的指令泵送其管道，而不是跳转指令本身后面的指令。

重要提示

请不要将此作为如何在源代码级别进行优化的示例。这将是完全错误的，因为从你的问题中已经很清楚，从第一种形式到第二种形式的转换是JIT编译器作为例行公事做的事情，完全是它自己完成的。

答案 2

这可以优化始终至少执行一次的循环。

然后，常规循环将始终至少跳回到开头一次，并在结束时跳到末尾一次。运行一次的简单循环的示例：while

int i = 0;
while (i++ < 1) {
    //do something
}

另一方面，循环将跳过第一个和最后一个跳转。下面是与上面的循环等效的循环，它将在没有跳转的情况下运行：do-while

int i = 0;
if (i++ < 1) {
    do {
        //do something
    } while (i++ < 1); 
}