优化性能：Java 中用于数值计算的基元类型的 ArrayList 的替代方案<Double>

Question

我知道Stack Overflow上可能有一些看似类似的问题；然而，我的问题不同。

我目前正在从事特定研究领域的数值计算，并继承了我的团队很早以前实现的一个Java包。我现在的任务是优化它的性能。该软件包广泛使用了

ArrayList<Double>

。据我所知，由于Java泛型中的类型擦除，Java，至少到我正在使用的版本9，不支持原始类型

ArrayList

。

这有几个问题：

1. 存储开销：Double 是 double 的包装类。由于Double是一个对象，它包含一个对象头，占用8个字节。因此，每个Double对象占用16字节的内存。

2. 非连续内存：ArrayList

   内部使用数组来存储

   Double

   对象，即

   Double[] data

   。该数组保存对 

   Double

    实例的引用。这些实例不连续存储在堆中。例如，如果 

   Double[] data = {1.0, 2.0}

   ，则数据中的引用是连续的，但这些引用指向的实际 

   Double

    对象不是连续的。由于需要取消引用这些指针，这会导致局部性差和频繁的缓存未命中。

3. 拆箱和自动装箱：使用 Double 进行比较和计算时，由于拆箱和自动装箱，会产生额外的开销。

我的问题是：

1. 最新版本的 Java 中是否有任何新功能允许将 ArrayList 与原始类型一起使用？

2. 是否有任何实验性功能或框架支持此功能？

3. 如果没有，通过将

   DoubleArrayList

    源代码中的所有 Object 替换为原始 double 来创建个人 

   ArrayList

    是否可行？这种方法有哪些潜在的陷阱？

PS：

1. 我们的日程非常紧张，没有时间用 C++ 重写整个包，其中

   vector<double>

    可用。

2. 在我们的用例中，容器在计算过程中会改变大小，而我们事先不知道大小。因此，我们必须使用可调整大小的数组（例如

   ArrayList

   ）而不是

   double[]

   。

Answer 1

使用

double[]

。

ArrayList

的“自由”调整大小只是一种便利 - 当需要更多空间时，内部支持数组会被替换为两倍大，并使用旧式循环复制元素。

您自己编写代码是一个简单的实现。

创建一个带有

double[]

 字段的类，基本上从 

ArrayList

 复制您需要的内容，但为数组添加 getter 方法并将其用于计算。

如果你能摆脱它，请使用

float[]

 代替，因为 

float

 上的操作大约是 

double

 上的两倍。