对JDK-lang包里一个方法的改进

2023年12月9日 222次阅读 来源: laosijikaichele

JDK-lang包里的一个方法：

java.lang.Integer.numberOfLeadingZeros(int)

这个方法是用来计算int的二进制值从左到右有连续多少个0。
我们知道Java里的int型是有负数的，负数的二进制第1位肯定是1，所以如果参数i小于0，应该直接返回0就可以了。
但我们看JDK里的实现：

public static int numberOfLeadingZeros(int i) {
        // HD, Figure 5-6
        if (i == 0)
            return 32;
        int n = 1;
        if (i >>> 16 == 0) { n += 16; i <<= 16; }
        if (i >>> 24 == 0) { n +=  8; i <<=  8; }
        if (i >>> 28 == 0) { n +=  4; i <<=  4; }
        if (i >>> 30 == 0) { n +=  2; i <<=  2; }
        n -= i >>> 31;
        return n;
    }

可以看到JDK里的实现里并没有对负数的情况进行判断，而是走了下面4个if分支判断和位移操作，这在参数i 为负数的情况下肯定是不必要的，而且也会影响性能。

如果继续挖掘的话，可以看到代码里有一行注释：

// HD, Figure 5-6

注释里HD的意思是指《Hacker’s Delight》这本书，意思是该方法的实现逻辑参考了这本书，那我们就来看下《Hacker’s Delight》书里的实现代码：

int nlz(unsigned x) {
int n;
if (x == 0) return(32);
n = 1;
if ((x >> 16) == 0) {n = n +16; x = x <<16;}
if ((x >> 24) == 0) {n = n + 8; x = x << 8;}
if ((x >> 28) == 0) {n = n + 4; x = x << 4;}
if ((x >> 30) == 0) {n = n + 2; x = x << 2;}
n = n - (x >> 31);
return n;
}

可以看到这是C语言的实现，乍一看，貌似和JDK里的Java实现是一样的，但仔细看，你会发现方法参数x是unsigned类型的，因为unsigned类型不会有负数，不需要判断负数的情况，所以《Hacker’s Delight》书里的实现是没问题的，而JDK实现里的方法参数是int类型，是需要判断负数的情况的。

所以我们可以大胆的推测，JDK的程序员当初在实现这个方法的时候，只是把
《Hacker’s Delight》书里的实现改为了Java实现，而没有考虑到参数类型的区别。

这个方法在JDK里是被标记为intrinsic的，意思是该方法针对不同的硬件有更底层的原语级的实现，但这并不代表Java实现的逻辑就不需要被优化，因为：
1.在有些硬件上可能没有intrinsic支持。
2.用户显式关闭了intrinsic调用。
3.没有开启JIT编译。

除了Integer类之外，Long类里也有相同功能的方法需要改进：

java.lang.Long.numberOfLeadingZeros(long)

我给OpenJDK提了bug，其实应该叫改进/增强(Enhancement)，OpenJDK官方经过测试，发现修改后的方案确实会提升性能，于是愉快的修复了这个问题：https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8189230
不过大家可能要等到Java-11发布的时候才能看到这个修改了。:)

    原文作者：laosijikaichele
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/7a6a8527ec36
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