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牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?

“u003Cpu003EJava后端,选择 u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E优质文章,及时送达u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp1.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRcsUnd92eoboDR” img_width=”640″ img_height=”29″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003EJava8的Stream API可以极大提高Java程序员的生产力,让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E那么,Stream API的性能到底如何呢,代码整洁的背后是否意味着性能的损耗呢?本文对Stream API的性能一探究竟。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E为保证测试结果真实可信,我们将JVM运行在 u003Ccodeu003E-serveru003Cu002Fcodeu003E模式下,测试数据在GB量级,测试机器采用常见的商用服务器,配置如下:u003Cu002Fpu003Eu003Ctableu003Eu003Ctheadu003Eu003Ctru003Eu003Ctdu003E OSu003Cu002Ftdu003Eu003Ctdu003ECentOS 6.7 x86_64u003Cu002Ftdu003Eu003Cu002Ftru003Eu003Cu002Ftheadu003Eu003Ctbodyu003Eu003Ctru003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003ECPUu003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003EIntel Xeon X5675, 12M Cache 3.06 GHz, 6 Cores 12 Threadsu003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Cu002Ftru003Eu003Ctru003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003E内存u003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003E96GBu003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Cu002Ftru003Eu003Ctru003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003EJDKu003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Ctdu003Eu003Cdivu003Eu003Cpu003Ejava version 1.8.0_91, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VMu003Cu002Fpu003Eu003Cu002Fdivu003Eu003Cu002Ftdu003Eu003Cu002Ftru003Eu003Cu002Ftbodyu003Eu003Cu002Ftableu003Eu003Cpu003E测试所用代码在这里u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Ehttps:u002Fu002Fgithubu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003Eu002FCarpenterLeeu002FJavaLambdaInternalsu002Fblobu002Fmasteru002Fperfu002FStreamBenchmarku002Fsrcu002Fleeu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试结果汇总u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Ehttps:u002Fu002Fgithubu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003Eu002FCarpenterLeeu002FJavaLambdaInternalsu002Fblobu002Fmasteru002Fperfu002FStream_performance.xlsxu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Ch1 toutiao-origin=”h2″u003E测试方法和测试数据u003Cu002Fh1u003Eu003Cpu003E性能测试并不是容易的事,Java性能测试更费劲,因为虚拟机对性能的影响很大,JVM对性能的影响有两方面:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、GC的影响。GC的行为是Java中很不好控制的一块,为增加确定性,我们手动指定使用CMS收集器,并使用10GB固定大小的堆内存。集体到JVM参数就是 u003Ccodeu003E-XX:+UseConcMarkSweepGC-Xms10G-Xmx10Gu003Cu002Fcodeu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、JIT(Just-In-Time)即时编译技术。即时编译技术会将热点代码在JVM运行的过程中编译成本地代码,测试时我们会先对程序预热,触发对测试函数的即时编译。相关的JVM参数是 u003Ccodeu003E-XX:CompileThreshold=10000u003Cu002Fcodeu003E。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003EStream并行执行时用到 u003Ccodeu003EForkJoinPoolu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003EmonPoolu003Cu002Fcodeu003E得到的线程池,为控制并行度我们使用Linux的u003Ccodeu003Etasksetu003Cu002Fcodeu003E命令指定JVM可用的核数。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试数据由程序随机生成。为防止一次测试带来的抖动,测试4次求出平均时间作为运行时间。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Ch1 toutiao-origin=”h2″u003E实验一 基本类型迭代u003Cu002Fh1u003Eu003Cpu003E测试内容:找出整型数组中的最小值。对比for循环外部迭代和Stream API内部迭代性能。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试程序 IntTestu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Ehttps:u002Fu002Fgithubu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003Eu002FCarpenterLeeu002FJavaLambdaInternalsu002Fblobu002Fmasteru002Fperfu002FStreamBenchmarku002Fsrcu002Fleeu002FIntTest.javau003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试结果如下图:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp1.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldXR89xnKUh” img_width=”1080″ img_height=”698″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E图中展示的是for循环外部迭代耗时为基准的时间比值。分析如下:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、对于基本类型Stream串行迭代的性能开销明显高于外部迭代开销(两倍);u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、Stream并行迭代的性能比串行迭代和外部迭代都好。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E并行迭代性能跟可利用的核数有关,上图中的并行迭代使用了全部12个核,为考察使用核数对性能的影响,我们专门测试了不同核数下的Stream并行迭代效果:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp3.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldXlAgNMeV3″ img_width=”1041″ img_height=”723″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E分析,对于基本类型:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、使用Stream并行API在单核情况下性能很差,比Stream串行API的性能还差;u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、随着使用核数的增加,Stream并行效果逐渐变好,比使用for循环外部迭代的性能还好。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E以上两个测试说明,对于基本类型的简单迭代,Stream串行迭代性能更差,但多核情况下Stream迭代时性能较好。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Ch1 toutiao-origin=”h2″u003E实验二 对象迭代u003Cu002Fh1u003Eu003Cpu003E再来看对象的迭代效果。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试内容:找出字符串列表中最小的元素(自然顺序),对比for循环外部迭代和Stream API内部迭代性能。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试程序StringTestu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Ehttps:u002Fu002Fgithubu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003Eu002FCarpenterLeeu002FJavaLambdaInternalsu002Fblobu002Fmasteru002Fperfu002FStreamBenchmarku002Fsrcu002Fleeu002FStringTest.javau003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E对 Stream 不熟悉的,可以u003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-2″u003E关注u003Cu002Fiu003Eu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E微信u003Cu002Fiu003Eu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-5″u003E公众号u003Cu002Fiu003E:Java技术栈,在后台回复:Java。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试结果如下图:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp1.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldYIGedcYqt” img_width=”1080″ img_height=”734″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E结果分析如下:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、对于对象类型Stream串行迭代的性能开销仍然高于外部迭代开销(1.5倍),但u003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-3″u003E差距u003Cu002Fiu003E没有基本类型那么大。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、Stream并行迭代的性能比串行迭代和外部迭代都好。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E再来单独考察Stream并行迭代效果:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp1.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldYh8B96Gh2″ img_width=”1033″ img_height=”702″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E分析,对于对象类型:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、使用Stream并行API在单核情况下性能比for循环外部迭代差;u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、随着使用核数的增加,Stream并行效果逐渐变好,多核带来的效果明显。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E以上两个测试说明,对于对象类型的简单迭代,Stream串行迭代性能更差,但多核情况下Stream迭代时性能较好。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Ch1 toutiao-origin=”h2″u003E实验三 复杂对象归约u003Cu002Fh1u003Eu003Cpu003E从实验一、二的结果来看,Stream串行执行的效果都比外部迭代差(很多),是不是说明Stream真的不行了?先别下结论,我们再来考察一下更复杂的操作。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试内容:给定订单列表,统计每个用户的总交易额。对比使用外部迭代手动实现和Stream API之间的性能。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E我们将订单简化为 u003Ccodeu003E<userName,price,timeStamp>u003Cu002Fcodeu003E构成的元组,并用u003Ccodeu003EOrderu003Cu002Fcodeu003E对象来表示。测试程序ReductionTestu003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Ehttps:u002Fu002Fgithubu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-6″u003E.comu003Cu002Fiu003Eu002FCarpenterLeeu002FJavaLambdaInternalsu002Fblobu002Fmasteru002Fperfu002FStreamBenchmarku002Fsrcu002Fleeu002FReductionTest.javau003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E测试结果如下图:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp3.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldYx8toxaTD” img_width=”1080″ img_height=”681″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E分析,对于复杂的归约操作:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、Stream API的性能普遍好于外部手动迭代,并行Stream效果更佳;u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E再来考察并行度对并行效果的影响,测试结果如下:u003Cu002Fpu003Eu003Cimg src=”http:u002Fu002Fp1.pstatp.comu002Flargeu002Fpgc-imageu002FRi9ldu66fHrrrj” img_width=”1028″ img_height=”707″ alt=”牛逼哄洪的 Java 8 Stream,性能如何?” inline=”0″u003Eu003Cpu003E分析,对于复杂的归约操作:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、使用Stream并行归约在单核情况下性能比串行归约以及手动归约都要差,简单说就是最差的;u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、随着使用核数的增加,Stream并行效果逐渐变好,多核带来的效果明显。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E以上两个实验说明,对于复杂的归约操作,Stream串行归约效果好于手动归约,在多核情况下,并行归约效果更佳。我们有理由相信,对于其他复杂的操作,Stream API也能表现出相似的性能表现。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003Eu003Cu002Fpu003Eu003Ch1 toutiao-origin=”h2″u003E结论u003Cu002Fh1u003Eu003Cpu003E上述三个实验的结果可以总结如下:u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、对于简单操作,比如最简单的遍历,Stream串行API性能明显差于显示迭代,但并行的Stream API能够发挥多核特性。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、对于复杂操作,Stream串行API性能可以和手动实现的效果匹敌,在并行执行时Stream API效果远超手动实现。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E所以,如果出于性能考虑u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E1、对于简单操作推荐使用外部迭代手动实现 u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E2、对于复杂操作,推荐使用Stream API u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E3、在多核情况下,推荐使用并行Stream API来发挥多核优势, u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E4、单核情况下不u003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-4″u003E建议u003Cu002Fiu003E使用并行Stream API。u003Cu002Fpu003Eu003Cpu003E如果出于代码简洁性考虑,使用Stream API能够写出更短的代码。即使是从性能方面说,尽可能的使用Stream API也另外一个优势,那就是只要Java Stream类库做了升级优化,代码不用做任何修改就能享受到升级带来的好处。u003Cu002Fpu003Eu003Cp class=”pgc-end-source”u003E作者:CarpenterLeeu003Cu002Fpu003Eu003Cp class=”pgc-end-source”u003E来源:https:u002Fu002Fdwzu003Ci class=”chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-1″u003E.cnu003Cu002Fiu003Eu002FpSW0u0Qru003Cu002Fpu003Eu003Cp class=”pgc-end-source”u003E-END-u003Cu002Fpu003E”

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