Java JIT在运行JDK代码时作弊吗？

Question

我正在对一些代码进行基准测试，但我无法使它像使用java.math.biginteger那样快速运行，即使在使用完全相同的算法时也是如此。因此，我将java.math.biginteger源代码复制到自己的包中，并尝试了以下操作：

//import java.math.BigInteger;

public class MultiplyTest {
    public static void main(String[] args) {
        Random r = new Random(1);
        long tm = 0, count = 0,result=0;
        for (int i = 0; i < 400000; i++) {
            int s1 = 400, s2 = 400;
            BigInteger a = new BigInteger(s1 * 8, r), b = new BigInteger(s2 * 8, r);
            long tm1 = System.nanoTime();
            BigInteger c = a.multiply(b);
            if (i > 100000) {
                tm += System.nanoTime() - tm1;
                count++;
            }
            result+=c.bitLength();
        }
        System.out.println((tm / count) + "nsec/mul");
        System.out.println(result); 
    }
}

当我运行这个（在MacOS上运行jdk 1.8.0_144-B01)时，它会输出：

12089nsec/mul
2559044166

当我在未注释导入行的情况下运行它时：

4098nsec/mul
2559044166

使用JDK版本的BigInteger比我的版本快三倍，即使它使用的代码完全相同。

我已经用javap检查了字节码，并比较了使用选项运行时的编译器输出：

-Xbatch -XX:-TieredCompilation -XX:+PrintCompilation -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 
-XX:+PrintInlining -XX:CICompilerCount=1

而且这两个版本似乎生成了相同的代码。那么hotspot是否使用了一些我不能在代码中使用的预先计算的优化呢？我一直明白他们不是。如何解释这种差异？

Answer 1

在Java书8中，这的确是一个内在的方法；对该方法稍作修改的版本：

 private static BigInteger test() {

    Random r = new Random(1);
    BigInteger c = null;
    for (int i = 0; i < 400000; i++) {
        int s1 = 400, s2 = 400;
        BigInteger a = new BigInteger(s1 * 8, r), b = new BigInteger(s2 * 8, r);
        c = a.multiply(b);
    }
    return c;
}

运行此文件时使用：

 java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions  
      -XX:+PrintInlining 
      -XX:+PrintIntrinsics 
      -XX:CICompilerCount=2 
      -XX:+PrintCompilation   
       <YourClassName>

这将打印很多行，其中一个行是：

 java.math.BigInteger::multiplyToLen (216 bytes)   (intrinsic)

另一方面，在Java 9中，这个方法似乎不再是一个内在的，但反过来，它调用了一个内在的方法：

 @HotSpotIntrinsicCandidate
 private static int[] implMultiplyToLen

所以在Java 9下运行相同的代码（使用相同的参数）会发现：

java.math.BigInteger::implMultiplyToLen (216 bytes)   (intrinsic)

下面是方法的相同代码--只是略有不同的命名。

Answer 2

是的，HotSpot JVM有点“作弊”，因为它有一些biginteger方法的特殊版本，而这些方法在Java代码中是找不到的。这些方法被称为JVM内含。

特别是biginteger.multipytolen是Hotspot中的固有方法。在JVM源库中有一个特殊的手工编码汇编实现，但仅针对x86-64体系结构。

您可以使用-xx:-useMultiplyTolenintrinsic选项禁用此instrinsic来强制JVM使用纯Java实现。在这种情况下，性能将与复制代码的性能相似。

附注。下面是其他HotSpot内部方法的列表。