用于减少内存的 Java 整数标志和按位运算答案

【问题标题】：Java integer flag and bitwise operations for memory reduction用于减少内存的 Java 整数标志和按位运算
【发布时间】：2011-11-16 22:51:57
【问题描述】：

使用整数标志和按位运算是减少大容量对象内存占用的有效方法吗？

内存占用

据我了解，boolean 通常在 JVM 实现中存储为 int。它是否正确？在这种情况下，32 个标志肯定代表内存占用量大大减少。

虽然 JVM 实现当然会有所不同，但情况可能并非总是如此。
性能

据我了解，CPU 是非常受数字驱动的，按位运算的效率与计算中的事物差不多。

使用按位运算而不是布尔运算是否会降低性能 - 甚至是增益？
替代品

有没有更好的方法来完成同样的事情？枚举是否允许组合标志，即FLAGX = FLAG1 | FLAG2？

示例代码

注意最后一个方法propogateMove() 是递归的，每秒可能被调用数百次，直接影响我们应用程序的响应能力，因此使用标志来避免逻辑位和调用其他方法。

// FLAGS helper functions
private final void setclear(int mask, boolean set) { if (set) set(mask); else clear(mask); }
private final void set(int mask) { flags |= mask; }
private final void clear(int mask) { flags &= ~mask; }
private final boolean test(int mask) { return ((flags & mask) == mask); }



// Flags //////////////////////////////////////////////////////////////////////

private static final boolean HORIZONTAL          = true;
private static final boolean VERTICAL            = false;

private static final int ORIENT                  = 0x00000001;
private static final int DISPLAY                 = 0x00000002;
private static final int HSHRINK                 = 0x00000004;
private static final int VSHRINK                 = 0x00000008;
private static final int SHRINK = HSHRINK | VSHRINK;

private static final int TILE_IMAGE              = 0x00000010;
private static final int CURSOR                  = 0x00000020;
private static final int MOUSEINSIDE             = 0x00000040;
private static final int MOUSEINSIDE_BLOCKED     = 0x00000080;

private static final int CONSTRAIN               = 0x00000100;
private static final int CONSTRAIN_DESCENDENT    = 0x00000200;
private static final int PLACE                   = 0x00000400;
private static final int PLACE_DESCENDENT        = 0x00000800;
private static final int REFLOW = CONSTRAIN | CONSTRAIN_DESCENDENT | PLACE | PLACE_DESCENDENT;

private static final int PACK                    = 0x00001000;
private static final int CLIP                    = 0x00002000;
private static final int HAS_WIDTH_SLACK         = 0x00004000;
private static final int HAS_HEIGHT_SLACK        = 0x00008000;

private static final int ALIGN_TOP               = 0x00010000;
private static final int ALIGN_BOTTOM            = 0x00020000;
private static final int ALIGN_LEFT              = 0x00040000;
private static final int ALIGN_RIGHT             = 0x00080000;
private static final int ALIGNS = ALIGN_TOP | ALIGN_BOTTOM | ALIGN_LEFT | ALIGN_RIGHT;
private static final int ALIGN_TOPLEFT = ALIGN_TOP | ALIGN_LEFT;
private static final int ALIGN_TOPRIGHT = ALIGN_TOP | ALIGN_RIGHT;
private static final int ALIGN_BOTTOMLEFT = ALIGN_BOTTOM | ALIGN_LEFT;
private static final int ALIGN_BOTTOMRIGHT = ALIGN_BOTTOM | ALIGN_RIGHT;

private static final int ENTER_TRAP              = 0x00100000;
private static final int LEAVE_TRAP              = 0x00200000;
private static final int _MOVE_TRAP              = 0x00400000;
private static final int MOVE_TRAP               = 0x00800000;

private static final int CHILDREN_READ_TRAP      = 0x01000000;
private static final int CHILDREN_TRAP           = 0x02000000;
private static final int PLACE_CLEAN             = 0x03000000;

private static final int SHRINK_TRAP             = 0x04000000;
private static final int HSHRINK_TRAP            = 0x10000000;
private static final int VSHRINK_TRAP            = 0x20000000;

//private static final int UNUSED                = 0x40000000;
//private static final int UNUSED                = 0x80000000;




// Flags in switch ////////////////////////////////////////////////////////////

/** get align value as a string from align flags */
private JS alignToJS() {
    switch(flags & ALIGNS) {
        case (ALIGN_TOPLEFT):
            return SC_align_topleft;
        case (ALIGN_BOTTOMLEFT):
            return SC_align_bottomleft;
        case (ALIGN_TOPRIGHT):
            return SC_align_topright;
        case (ALIGN_BOTTOMRIGHT):
            return SC_align_bottomright;
        case ALIGN_TOP:
            return SC_align_top;
        case ALIGN_BOTTOM:
            return SC_align_bottom;
        case ALIGN_LEFT:
            return SC_align_left;
        case ALIGN_RIGHT:
            return SC_align_right;
        case 0: // CENTER
            return SC_align_center;
        default:
            throw new Error("This should never happen; invalid alignment flags: " + (flags & ALIGNS));
    }
}




// Flags in logic /////////////////////////////////////////////////////////////

private final boolean propagateMove(int mousex, int mousey) throws JSExn {
    // start with pre-event _Move which preceeds Enter/Leave
    if (test(_MOVE_TRAP)) {
        if (Interpreter.CASCADE_PREVENTED == justTriggerTraps(SC__Move, JSU.T)) {
            // _Move cascade prevention induces Leave
            propagateLeave();
            // propagate cascade prevention
            return true;
        }
    }

    // REMARK: anything from here on in is a partial interruption relative
    // to this box so we can not call propagateLeave() directly upon it
    int i;
    boolean interrupted = false;

    if (!test(PACK)) {
        // absolute layout - allows for interruption by overlaying siblings
        for (Box b = getChild(i=treeSize()-1); b != null; b = getChild(--i)) {
            if (!b.test(DISPLAY)) {
                continue;
            }
            if (interrupted) {
                b.propagateLeave();
                continue;
            }
            int b_mx = mousex-getXInParent(b);
            int b_my = mousey-getYInParent(b);
            if (b.inside(b_mx, b_my)) {
                if (b.propagateMove(b_mx, b_my)) {
                    interrupted = true;
                }
            } else {
                b.propagateLeave();
            }
        }
    } else {
        // packed layout - interrupted still applies, plus packedhit shortcut
        boolean packedhit = false;
        for (Box b = getChild(i=treeSize()-1); b != null; b = getChild(--i)) {
            if (!b.test(DISPLAY)) {
                continue;
            }
            if (packedhit) {
                b.propagateLeave();
                continue;
            }
            int b_mx = mousex-getXInParent(b);
            int b_my = mousey-getYInParent(b);
            if (b.inside(b_mx, b_my)) {
                packedhit = true;
                if (b.propagateMove(b_mx, b_my)) {
                    interrupted = true;
                }
            } else {
                b.propagateLeave();
            }
        }
    }

    // child prevented cascade during _Move/Move which blocks
    // Enter on this box - invoking Leave if necessary
    if (interrupted) {
        if (test(MOUSEINSIDE)) {
            if (!test(MOUSEINSIDE_BLOCKED)) {
                // mouse previously inside, now blocked so invoke Leave
                set(MOUSEINSIDE_BLOCKED);
                if (test(LEAVE_TRAP)) {
                    justTriggerTraps(SC_Leave, JSU.T);
                }
            }
        } else {
            // mouse not previously inside, Enter not yet triggered, so
            // do not invoke Leave
            set(MOUSEINSIDE);
            set(MOUSEINSIDE_BLOCKED);
        }
        // propagate cascade prevention 
        return true;
    }

    // set cursor if applicable to this box
    if (test(CURSOR)) {
        Surface s = getSurface();
        if (s!=null && !s.cursorset) {
            s.cursor = JSU.toString(getAndTriggerTraps(SC_cursor));
            s.cursorset = true;
        }
    }

    // fire Enter traps
    if (!test(MOUSEINSIDE)) {
        set(MOUSEINSIDE);
        if (test(ENTER_TRAP)) {
            justTriggerTraps(SC_Enter, JSU.T);
        }
    }

    // finish post-event Move which follows Enter/Leave
    if (test(MOVE_TRAP)) {
        if (Interpreter.CASCADE_PREVENTED == justTriggerTraps(SC_Move, JSU.T)) {
            // propagate cascade prevention
            return true;
        }
    }

    // propagation uninterrupted
    return false;
}

【问题讨论】：

我会说答案是高度依赖上下文的。通常我喜欢枚举和构造，例如 EnumSet。但是，对于有线协议实现或示例，例如上面与显示代码按位操作相关的示例，提供了明显的优势。

标签： java performance memory-management bit-manipulation flags

【解决方案1】：

由于您不能相信布尔值存储为位或整数（我认为后者是实际实现），是的，我认为位掩码和标志确实可以提高性能。

我在一些项目中使用过它们。它们的可读性较差，但我从不介意，因为我认为每个程序员都应该了解二进制表示法和算术。

只是一个建议：对于 java 7，我们可以像这样定义数字文字：

   private static final int ENTER_TRAP = 0b00000000000100000000000000000000;

甚至像这样：

   private static final int ENTER_TRAP = 0b0000_0000_0001_0000_0000_0000_0000_0000;

【讨论】：

【解决方案2】：

是的，布尔值存储为 32 位整数。方法签名区分布尔值和整数，但除此之外它们的处理方式相同。这是 JVM 字节码规范的一部分。

Java 上的按位运算直接映射到 CPU 上的一条指令，该指令执行相同的按位运算，因此确实非常快。当然，将每个值保存在自己的 32 位字中会更快（然后您根本不需要进行任何按位运算）。使用您的方法，您将节省内存并花费更多 CPU 周期。

Java 没有用于组合枚举的运算符，而且我看不出这有什么意义......

【讨论】：

re：“Java 没有用于组合枚举的运算符”看看 EnumSet
EnumSet 不会将两个枚举组合成一个新的枚举。

【解决方案3】：

使用整数标志和按位运算是减少大容量对象内存占用的有效方法吗？

如果一个对象有大量的这些标志并且这些对象的数量很大（或者减少堆使用是一个关键问题），那么这可能是一个值得进行的微优化。否则不 (IMO)。

这样做的问题是它使您的代码更难阅读且更脆弱。所以你真的应该只在内存使用是一个关键问题时才考虑它。

【讨论】：

【解决方案4】：

据我了解，布尔值通常在 JVM 实现中存储为 int。它是否正确？

这当然取决于 JVM 的实现，但对于主流 CPU 上的实现来说可能是正确的。

在这种情况下，32 个标志肯定代表内存占用量大大减少。

如果您实际上在一个类中有 32 个标志，并且该类有大量实例，是的。如果您的实例从不超过几百个，则无需担心。

据我了解，CPU 是非常受数字驱动的，按位运算的效率与计算中的事物差不多。

这是真的。

使用按位运算而不是布尔运算是否会降低性能 - 甚至是增益？

这也取决于内存使用情况。如果您只使用几个对象非常密集地工作，则按位运算可能会减慢速度。如果您有很多对象，由于更好的缓存行为，减少的内存可能会大大提高性能。

有没有更好的方法来完成同样的事情？枚举是否允许组合标志，即 FLAGX = FLAG1 | FLAG2？

您可以（并且应该）使用BitSet，而不是自己进行按位运算。是的，如果你可以使用 Enums 和 EnumSet，它会更干净，但是如果你有许多枚举，每个枚举都有几个元素，它可能不会产生所需的内存节省，因为多个开销EnumSet 个实例。

【讨论】：

JVM字节码不区分整数和布尔值，所以我怀疑它取决于CPU。方法签名和字段包括允许正确类型检查的区别。
@Mathias：但问题基本上是关于布尔字段的。
VM 不是将多个布尔字段组合成一个更大的值（例如 int）吗？我想我听说了一些关于那件事的事情。
@soc：据我所知没有。但我当然很想听听任何具体的反例。