AndroidスマホにおけるJavaとNativeの速度比較

Androidのアプリで、FFTの計算をNDKでNativeで実装した場合に、速くなるか検証してみた。

測定条件

大浦版FFTをJavaに移植したコードとC言語のコードを使用する
FFTのフレームサイズは4096
NativeはNDKでJNIのメソッドとして実装する
NativeのメソッドはJavaから1回ずつコールする
数回実行して速度が安定してから、1000回実行した時間を測定
10回測定して平均をとる

測定結果

測定結果は以下のようになった。

機種名	OSバージョン	CPU	FFT Native	FFT Java	Native/Java
003SH	2.3.4	MSM8255 1GHz	3182	3202	0.99
200SH	4.1.2	MSM8960 1.5GHz	1534	1500	1.02
303SH	4.2.2	MSM8974 2.2GHz	1019	986	1.03
SH-RM02	5.0.2	MSM8926 1.2GHz	2699	2506	1.08
Nexus7(2013)	6.0.1	APQ8064 1.5GHz	1660	2655	0.63
iPad Pro(参考)	10.1.1	A9X 2.25GHz	251

※単位ms

Nexus7(2013)以外、JavaとNativeでほとんど変わらないという結果になった。
むしろNativeの方が遅くなっているものもある。
Nexus7(2013)だけは、Nativeが速くなっているが、CPUによるのか、OSバージョンによるのかは分からない。

参考に測定したiPad Proは、Androidで最速だった303SHよりも、CPUクロックは近いにも関わらず、約4倍速い。

追試

JavaからJNIのメソッドをコールするとオーバーヘッドが発生するので、実用的な使い方とは異なるが、Native内で1000回ループして測定してみた。

機種名	OSバージョン	CPU	FFT Native	FFT Native2	FFT Native2/FFT Native
003SH	2.3.4	MSM8255 1GHz	3182	3143	0.99
200SH	4.1.2	MSM8960 1.5GHz	1534	15130	0.99
303SH	4.2.2	MSM8974 2.2GHz	1019	991	0.97
SH-RM02	5.0.2	MSM8926 1.2GHz	2699	1939	0.72
Nexus7(2013)	6.0.1	APQ8064 1.5GHz	1660	1099	0.66

※FFT Native2がNative内でループした版

全ての機種で、Native内でループした方が速くなっている。
このことはJNIの呼び出しにオーバーヘッドがあることを示している。

SH-RM02とNexus7(2013)については、Native内でループした場合の改善が他に比べて顕著である。
AndroidのOSのバージョン5以上で、バージョン5からJavaの仮想マシンがDalvikからARTに変更になっていることが関係しているかもしれない。

JNI呼び出しのオーバーヘッドをなくした場合でも、Androidで最速だった303SHに比べてiPad Proは3.95倍速い。
CPUクロックは近いので、CPUのアーキテクチャの差によるものなのか、OSがバッテーリー管理との兼ね合いでどれだけCPUをフルで使うかによるのか興味があるが、検証するのは難しそうだ。