每日一面——为何我们经常使用 2 的N次方作为分片数量?

分片算法经常是计算一个值之后,对于分片个数取模,计算到底使用哪个分片。我们经常看到很多地方高性能的代码设计,都是将分片数量设置为 2 的 N 次方。例如 ForkJoinPool 的任务队列 WorkQueue 的大小,MyCat 的某些分片算法在计算分片的时候对于分片数量如果是 2 的 N 次方也有优化,那么为什么呢?

对于 2 的 N 次方取余,相当于对 2 的 N 次方减一取与运算, N 为正整数。为什么呢?通过下图就能很容易理解:

十进制中,对于 10 的 N 次方取余,直观来看就是:

其实就是将最后 n 位取出,就是余数。 对于二进制,是一样的:

这个运算相当于,对于 n-1 取与:

这个是一个很经典地位运算运用,广泛用于各种高性能框架。例如在生成缓存队列槽位的时候,一般生成2的n次方个槽位,因为这样在选择槽位的时候,就可以用取与代替取余;java 中的 ForkJoinPool 的队列长度就是定为 2 的 N 次方;netty 中的缓存池的叶子节点都是 2 的 N 次方,当然这也是因为是平衡二叉查找树算法的实现。

我们来看下性能会好多少:

@Benchmark
@Warmup(iterations = 0)
@Measurement(iterations = 300)
public void mod2_n_1(Generator generator) {
    int result = 0;
    for (int j = 0; j < generator.divide.length; j++) {
        int l = generator.divide[j];
        result += Integer.MAX_VALUE % l;
    }
}

@Benchmark
@Warmup(iterations = 0)
@Measurement(iterations = 300)
public void mod2_n_2(Generator generator) {
    int result = 0;
    for (int j = 0; j < generator.divide.length; j++) {
        int l = generator.divide[j];
        result += Integer.MAX_VALUE & (l - 1);
    }
}

结果:

Benchmark                                    Mode  Cnt         Score           Error  Units
BitUtilTest.mod2_n_1                        thrpt  300  10632698.855 ±   5843378.697  ops/s
BitUtilTest.mod2_n_2                        thrpt  300  80339980.989 ±  21905820.262  ops/s

同时,我们从这里也可以引申出,判断一个数是否是2的 N 次方的方法,就是看这个数与这个数减一取与运算看是否是0,如果是,则是 2 的 N 次方, N为正整数

作者:张哈希
链接:https://juejin.cn/post/6920362513024417805
来源:掘金

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