Hiệu suất Java trong thuật toán số

Question

Tôi tò mò về hiệu suất của thuật toán số Java, ví dụ phép nhân ma trận nhân đôi ma trận, sử dụng các máy JIT mới nhất so với ví dụ để điều chỉnh SSE C++/assembler hoặc Fortran.

Tôi đã xem trên web nhưng hầu hết các kết quả đến từ gần 10 năm trước và tôi hiểu rằng Java đã phát triển khá nhiều kể từ đó.

Nếu bạn có kinh nghiệm sử dụng Java cho các ứng dụng có số lượng lớn, bạn có thể chia sẻ kinh nghiệm của mình. Ngoài ra Java hoạt động tốt như thế nào trong các hạt nhân mà các vòng lặp tương đối ngắn và truy cập bộ nhớ không đồng nhất nhưng vẫn nằm trong giới hạn của bộ đệm L1? Nếu hạt nhân đó được thực hiện nhiều lần liên tiếp, JVM có thể tối ưu hóa nó trong suốt thời gian chạy không?

Cảm ơn

Answer 1

Java sử dụng một trình biên dịch Just in Time (JIT) để chuyển đổi bytecode sang ngôn ngữ máy có nguồn gốc - vì vậy lần đầu tiên nó chạy qua một khối mã nó sẽ chậm hơn nhưng một khi phân khúc này là 'ấm lên 'hiệu suất sẽ tương đương. Tóm lại - hiệu suất số là khá tốt.

Answer 2

Thứ hai là đặt cược tốt nhất của bạn là tự kiểm tra, vì hiệu suất sẽ thay đổi đôi chút tùy thuộc vào những gì bạn đang làm chính xác. Tôi cảm thấy khó tin rằng câu trả lời của Shane C. Mason rằng hiệu năng Java sẽ giống như hiệu năng C++ hoặc Fortran, thậm chí C++ và Fortran không thực sự so sánh được với một số thuật toán máy tính khoa học.

Tôi có một mã động lực học chất lỏng mà tôi đã viết bằng cách sử dụng C++ và cùng một mã cơ bản được dịch sang Fortran. Tôi không thực sự chắc chắn tại sao, nhưng phiên bản Fortran nhanh hơn gấp hai lần so với phiên bản C++. Tôi đoán rằng với các tính năng như kiểm tra giới hạn và thu gom rác, Java sẽ chậm hơn cả hai, nhưng tôi sẽ không biết cho đến khi tôi thử nghiệm.

Answer 3

This là liên kết đến trang chiêu thức ngôn ngữ lập trình cho java so với C++, sẽ cho bạn so sánh tốc độ của java trên một số thuật toán chuyên sâu tính toán. Nó cũng sẽ cho bạn thấy mã java hiệu năng cao nhất trông như thế nào. Đối với hầu hết các phần, đối với một vài tiêu chuẩn cụ thể, java mất nhiều thời gian hơn (nhưng không nhiều hơn 2 hoặc 3 lần) để chạy.

Answer 4

Điều này đến từ phía .NET, nhưng tôi chắc chắn 90% cũng là trường hợp đối với Java. Trong khi JIT sẽ sử dụng một số lệnh SSE ở nơi có thể, nó hiện không tự động mã hóa mã của bạn khi xử lý, ví dụ, phép nhân ma trận. Hand vectorized C++ sử dụng trình biên dịch nội tại/lắp ráp nội tuyến chắc chắn sẽ nhanh hơn ở đây.

Answer 5

Điều này có thể phụ thuộc vào những gì bạn đang làm trong mã C++.

Ví dụ: bạn có đang sử dụng GPU không? Chỉnh sửa Tôi quên về jogl, vì vậy Java có thể cạnh tranh ở đây.

Bạn có song song sử dụng STM hoặc bộ nhớ dùng chung, khi đó Java không thể cạnh tranh được. Để có liên kết phân tích phép nhân song song: http://www.cs.utexas.edu/users/plapack/papers/ipps98/ipps98.html

Bạn có đủ bộ nhớ để thực hiện các phép tính trong bộ nhớ, không cần phải thu gom rác. ? Sau đó, Java có thể cạnh tranh, có lẽ.

Bạn có đang sử dụng đa lõi và C++ được tối ưu hóa để tận dụng lợi thế của kiến ​​trúc này không? Sau đó, Java sẽ không thể cạnh tranh được.

Bạn đang sử dụng một số máy tính được kết hợp với nhau, sau đó Java sẽ không thể cạnh tranh được.

Bạn có sử dụng bất kỳ kết hợp nào trong số này hay không, sau đó nó sẽ phụ thuộc vào việc triển khai cụ thể.

Java không được thiết kế để cạnh tranh với chương trình C++ được điều chỉnh bằng tay, nhưng, thời gian cần để thực hiện việc điều chỉnh, bạn có đang tính toán đủ nơi nó sẽ quan trọng không? Java sẽ có thể cung cấp cho một số tốc độ hợp lý nhưng với công việc ít hơn so với điều chỉnh bằng tay, nhưng không có nhiều cải tiến hơn là chỉ làm mã C++.

Bạn có thể muốn xem liệu có cải tiến nào so với Haskell hay Erlang, ví dụ, trên C++ của bạn, vì các ngôn ngữ này được thiết kế tốt hơn cho loại công việc này.

Answer 6

Một trong những điểm yếu nhất trong java là các hoạt động ma trận (bản địa). Điều này là do bản chất của ma trận Java:

• Bạn không thể tuyên bố một ma trận là hình chữ nhật, tức là. mỗi hàng có thể có một số cột khác nhau.

• Ma trận về mặt kỹ thuật không phải là "ma trận đôi (hoặc int, ...)", mà là một mảng các mảng .... Điểm khác biệt lớn nhất là vì các mảng là các đối tượng Java, bạn có thể gán cùng một đối tượng mảng cho nhiều hơn 1 hàng.

Hai thuộc tính này tạo ra rất nhiều tối ưu hóa ma trận chuẩn không thể cho trình biên dịch.

Bạn có thể nhận được hiệu suất tốt hơn bằng cách sử dụng thư viện Java mô phỏng ma trận trên một mảng dài. Tuy nhiên, bạn có phí gọi phương thức cho tất cả các truy cập.

Answer 7

C++ chắc chắn sẽ nhanh hơn. Bạn thậm chí có thể có một số thư viện được tối ưu hóa bằng tay cho mục đích của bạn có chứa mã lắp ráp cho mỗi CPU chính ở ngoài đó. Bạn không thể tốt hơn thế.

Sau đó, bạn có thể sử dụng JNI để gọi nó từ Java, nếu cần.

Java không có nghĩa là tính toán số học hiệu suất cao như thế này. Nếu bạn phụ thuộc vào những điều này, tôi khuyên bạn nên chọn một ngôn ngữ cấp thấp phù hợp để thực hiện điều đó. Hoặc, cách khác, bạn có thể viết phần hiệu năng cụ thể bằng ngôn ngữ cấp thấp, sau đó kết nối nó với giao diện người dùng Java bằng cách sử dụng JNI hoặc một số phương thức IPC khác.

Answer 8

Là những loại tính toán mà bạn quan tâm - Chuyển đổi Fourier nhanh, Jacobi thành công hơn thư giãn, tích hợp Monte Carlo, ma trận thưa thớt Mult, Hệ số ma trận LU dày đặc?

Chúng tạo thành SciMark 2.0 composite benchmark mà bạn có thể khởi chạy dưới dạng một applet trên máy của mình.

Ngoài ra còn có ANSI C versions của chương trình và Intel document (pdf) on optimizing and recompiling SciMark for C++.

---

Tương tự bạn có thể sử dụng The Java Grande Forum Benchmark Suite và the comparison C programs.

Answer 9

Tôi đã viết một số mã số nhạy cảm hợp lý và hiệu suất lớn trong Java (crunching mảng lớn của đôi thường).

Tôi đã tìm thấy Java là "đủ tốt" để tính toán số nhanh. Đặc biệt là khi bạn xem xét rằng bạn thường không phải là CPU-ràng buộc anyway - độ trễ bộ nhớ và nhận thức bộ nhớ cache có lẽ sẽ là vấn đề lớn nhất của bạn cho datasets lớn.

Tuy nhiên, bạn vẫn có thể đánh bại Java bằng mã C/C++ được tối ưu hóa bằng tay để tận dụng các hướng dẫn cụ thể hóa vector hoặc bố cục bộ nhớ được tùy chỉnh cao. Vì vậy, đối với mã rất nhanh nhất, bạn có thể xem xét viết các thuật toán cốt lõi trong C/C++ và gọi nó từ Java bằng cách sử dụng JNI.

Cá nhân, tôi thấy rằng việc tạo ra một sự phụ thuộc mã nguồn gốc thường là nhiều rắc rối hơn nó đáng để tôi có xu hướng gắn bó với cách tiếp cận thuần Java.