Java几乎是Rust的两倍？我想念什么？

问题描述

我移植了一个Java类，该类遍历从n个选择中选择k个元素到Rust的所有可能的无序组合，期望Rust可以帮助我加快计算速度。但是当同时运行两个程序时，事实证明Java快了将近两倍！

由于这听起来根本不对劲，而且由于我刚开始使用Rust，所以我一定做错了事，并且想知道是否有更多Rust经验的人会帮助我弄清楚为什么我的Rust代码如此慢得多。

这是我的通用接口，实现和测试代码的Java代码：

public interface Choice<Type> {

    /**
     * Returns the number of possible options that this choice provides.
     * 
     * @return the number of choices
     */
    public long getChoices();
    
    /**
     * Returns the choice with the given index.
     *
     * @param index - the index of the choice to return
     * @return the choice of the given index
     */ 
    public Type getChoice(long index);
}

public class NChooseK implements Choice<int[]> {
    
    private final int n;
    private final int k;
    
    private final long count;
    
    public NChooseK(int n,int k) {
        if ((n<=0) || (k<0) || (k>n)) throw new IllegalArgumentException();
        this.n     = n;
        this.k     = k;
        this.count = choose(n,k);
    }

    @Override
    public long getChoices() {
        return count;
    }

    @Override
    public int[] getChoice(long m) {
        if (k==0) return new int[0];
        
        long  count = this.count;
        int[] result = new int[this.k];
        int   n = this.n;
        int   k = this.k;
        long  x = (count-1) - m;
        
        while (true) {
            if (n == k) {
                while (true) {
                    result[this.k - k] = this.n - k;
                    if (k==1) return result;
                    k--;
                }
            }
            
            count = count * (n-k) / n;
            if (x >= count) {
                result[this.k - k] = this.n - n;
                if (k==1) return result;
                
                x -= count;
                count = count * k / (n-k);

                k--;
            }
            n--;
        }
    }

    private long choose(int n,int k) {
        if (n<k) return 0;
        if (k>n-k) k=n-k;
        
        long b=1;
        for (int i=1,m=n; i<=k; i++,m--)
            b = b*m/i;
        return b;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        NChooseK nck = new NChooseK(26,13);
        long choices = nck.getChoices();
        System.out.println("Running ("+choices+" choices)...");
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (long index = 0; index<choices; index++) {
            int[] choice = nck.getChoice(index);
            //System.out.println(ArrayTools.toString(choice));
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Done ("+((end - start)/1000.0)+"s)!");
    }
}

这就是我认为与Rust最接近的翻译：

pub trait Choice<Type> {
    
    /// Returns the number of possibilities for this choice.
    fn get_choices(&self) -> u32;
    
    /// Returns the posibility of the given index.
    fn get_choice(&self,index: u32) -> Type;
}

use super::choice::Choice;

pub struct NChooseK {
    n: u32,k: u32,count: u32,}

impl NChooseK {
    pub fn new(n: u32,k: u32) -> Result<NChooseK,&'static str> {
        if k > n {
            Err("invalid parameters: k cannot be larger than n")
        } else {
            Ok(NChooseK {
                n: n,k: k,count: choose(n,k).unwrap() as u32,})
        }
    }
}

impl<'a> Choice<Vec<u32>> for NChooseK {
        
    fn get_choices(&self) -> u32 {
        self.count
    }
    
    fn get_choice(&self,m: u32) -> Vec<u32> {
        
        if self.k == 0 {
            return vec![];
        }
        
        let mut count = self.count;
        let mut result:Vec<u32> = Vec::with_capacity(self.k as usize);
        let mut n = self.n;
        let mut k = self.k;
        let mut x = (count-1) - m;
        
        loop {
            if n == k {
                loop {
                    result.push(self.n - k);
                    if k == 1 {
                        return result;
                    }
                    
                    k -= 1;
                }
            }

            count = count * (n - k) / n;
            if x >= count {
                result.push(self.n - n);
                if k == 1 {
                    return result;
                }
                
                x -= count;
                count = count * k / (n - k);

                k -= 1;
            }

            n -= 1;
        }
    }
}


fn choose(n: u32,mut k: u32) -> Option<u64> {
    
    if k > n-k {
        k = n-k;    
    }
    
    let mut b : u64 = 1;
    let mut m = n;
    for i in 1..=k {
        if b > 0xFFFFFFFFFFFFFFFF / (m as u64) {
            return None;
        }
        b  = b * (m as u64) / (i as u64);
        m -= 1;
    }
        
    Some(b)
}

fn main() {
    let nck = NChooseK::new(26,13).unwrap();
    let choices = nck.get_choices();
    println!("Running ({} choices)...",choices);
    let start = time::precise_time_s();
    for index in 0..choices {
        let choice = nck.get_choice(index);
        //println!("{:?}",choice);
    }
    let end = time::precise_time_s();
    println!("Done ({}s)!",end - start);
}

Rust代码大约需要12到12.5秒才能完成对get_choice的约1000万次调用，而Java代码则需要6.5到7秒！ WTF？！？！？

这在Windows 7 64位系统上使用rustc v1.45.2和OpenJDK v1.8.0_212-3-redhat。

注意：

• 最初，我有get_choices还在Rust中返回u64，但将其更改为u32，以尝试消除尽可能多的类型转换（尽管实际上并没有什么不同）。
• 我还尝试用i32替换所有u32。也没什么区别。
• 注释result.push(...)语句可将运行时间降至9至9.5s。这是一个很大的差异（比我预期的要大！），但仍然比Java慢！
• 如果我取消注释内部循环中的print语句并将参数更改为更合理的值（例如，NChooseK(7,3)），则两个版本的确产生相同的准确输出值（ArrayTools.toString(...)只是一个简单的辅助函数，将整数数组的组成部分用逗号连接成一个字符串；由于这里已经有太多代码，因此决定将其省略）

解决方法

在尝试压缩性能时，始终使用long或cargo build --release来使cargo run --release / rustc优化代码：

llvm