Java求余%操作的示例分析

這篇文章主要介紹了Java求余%操作的示例分析，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

操作符%通常用在正整數上，但同樣可以用在負整數和浮點數上。
　　注意：只有當被除數是負數時， 余數才是負的。

C1 RCE對%的處理

HotSpot VM的C1有個RCE（Range Check Elimination，范圍檢查消除）優化，所謂范圍檢查消除，就是為了正確的拋出數組越界異常，虛擬機需要在數組訪問的一些地方插入隱式的檢查，但是這些檢查會降低性能，比如在循環中每次循環都得檢查一次，所以HotSpot VM會想辦法在可能的地方消除這些檢查。我在看C1 RCE的時候發現目前它對求余符號的支持較為薄弱，它只能處理形如下面的代碼：

arr[x%arr.length] // 只有除數是x.length的時候，才能應用RCE優化

如果余數是整數常量，它就不能工作了：

arr[x%3]
for(int i=0;i<10;i++){
  arr[x%10]
}

實際上，根據JLS的定義，我們知道如果除數為整數常量（且等于零，因為0作為除數會拋出運行時異常），是可以推導出結果的上下界的（也取決于被除數的正負），規則如下：

• x % -y ==> [0, y - 1]

• x % y ==> [0, y - 1]

• -x % y ==> [-y + 1, 0]

• -x % -y ==> [-y + 1, 0]

于是，我給JDK發了個patch，這個問題算是解決了。但是Nils提到，C2是否有相同的優化呢？后面Tobias幫忙確認了一下C2沒有，我再后來也進一步確認了，所以下一步是調研C2是否能應用同樣的優化。

調研為C2應用同樣的優化

本來以為是比較trivial的事情，為求余節點的類型系統加點代碼，推導一下上下界即可，實際上我也這么做的，但是最后發現這樣沒有消除上下界。默認開啟-XX:+GenerateRangeChecks后，在數組訪問過程中（Parse::array_addressing），C2仍然生成了范圍檢查。

調試后發現推導上下界根本沒有執行，因為C2創建完求余節點后，會執行一個IGVN的過程，即迭代的應用多種優化，其中就包括理想化，C2理想化是指應用很多局部小優化的過程，在這個例子中就是特殊處理形如x%2^n,x%2^n-1和x%1的情況，如果除數是整數常量，它還會使用一個來自https://book.douban.com/subject/1784887/書里面的算法，即Division by Invariant Integers using Multiplication(by Granlund and Montgomery)，搜了一下知乎有類似的文章，想要了解細節可以讀讀https://zhuanlan.zhihu.com/p/151038723。知道了原因，于是我改了下代碼，禁止了求余節點的理想化，心想這總可以了吧。

還是不行

是的，還是不行。盡管我已經禁止了對求余符號的理想化優化，但是范圍檢查還是生成了。。。我又繼續看代碼，發現除了理想化的這個優化之外，C2在IR（中間表示）構造的過程中又 又 又 又 又對求余運算做了個優化！如果除數是正整數常量，且是2^n，那么C2會對它進行變形，IR如圖所示：

左邊的IR是 IR構造的時候C2做的優化后的效果，右邊是理想化優化后的效果。實際上它們做的事情本身是比較重復的，而且經過測試發現，理想化優化的算法要好于IR構造過程中的優化，所以我又提了個patch解決這個問題（不過還在review中）。

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“Java求余%操作的示例分析”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持億速云，關注億速云行業資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!