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问题:

Java循环在运行一些/JIT的错误后变慢了?

陶柏
2023-03-14

因此,我想对一些基本的java功能进行基准测试,以向这个问题添加一些信息:将方法声明为静态的收益是什么。

我知道编写基准测试有时并不容易,但这里发生的事情我无法解释。

请注意,我不感兴趣的是如何解决这个问题,而是为什么会发生这种情况*

测试类:

public class TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls {

    private static final long RUNS = 1_000_000_000L;

    public static void main( String [] args ){

        new TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls().run();
    }

    private void run(){

        long r=0;
        long start, end;

        for( int loop = 0; loop<10; loop++ ){

            // Benchmark

            start = System.currentTimeMillis();
            for( long i = 0; i < RUNS; i++ ) {
                r += addStatic( 1, i );
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println( "Static: " + ( end - start ) + " ms" );

            start = System.currentTimeMillis();
            for( long i = 0; i < RUNS; i++ ) {
                r += addDynamic( 1, i );
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println( "Dynamic: " + ( end - start ) + " ms" );

            // Do something with r to keep compiler happy
            System.out.println( r );

        }

    }


    private long addDynamic( long a, long b ){

        return a+b;
    }

    private static long addStatic( long a, long b ){

        return a+b;
    }

}

我希望第一个循环是热身,接下来的循环会更快。

在Eclipse中运行这个程序会产生奇怪的结果:

Static: 621 ms
Dynamic: 631 ms
1000000001000000000
Static: 2257 ms
Dynamic: 2501 ms
2000000002000000000
Static: 2258 ms
Dynamic: 2469 ms
3000000003000000000
Static: 2231 ms
Dynamic: 2464 ms
4000000004000000000

所以wtf?它变慢了。为了交叉检查,我用java/c 7运行了相同的代码:

Static: 620 ms
Dynamic: 627 ms
1000000001000000000
Static: 897 ms
Dynamic: 617 ms
2000000002000000000
Static: 901 ms
Dynamic: 615 ms
3000000003000000000
Static: 888 ms
Dynamic: 616 ms
4000000004000000000

所以这里只有静态调用在下面的循环中变慢了。更奇怪的是,如果我在最后一次循环后重新排列代码,只打印< code>r,我会在Eclipse中看到:

Static: 620 ms
Dynamic: 635 ms
Static: 2285 ms
Dynamic: 893 ms
Static: 2258 ms
Dynamic: 900 ms
Static: 2280 ms
Dynamic: 905 ms
4000000004000000000

这与java/c 7:

Static: 620 ms
Dynamic: 623 ms
Static: 890 ms
Dynamic: 614 ms
Static: 890 ms
Dynamic: 616 ms
Static: 886 ms
Dynamic: 614 ms
4000000004000000000

同时改变eclipse中动态/静态基准的顺序:

Dynamic: 618 ms
Static: 626 ms
1000000001000000000
Dynamic: 632 ms
Static: 2524 ms
2000000002000000000
Dynamic: 617 ms
Static: 2528 ms
3000000003000000000
Dynamic: 622 ms
Static: 2506 ms
4000000004000000000

在java/c 7中:

Dynamic: 625 ms
Static: 646 ms
1000000001000000000
Dynamic: 2470 ms
Static: 633 ms
2000000002000000000
Dynamic: 2459 ms
Static: 635 ms
3000000003000000000
Dynamic: 2464 ms
Static: 645 ms
4000000004000000000

那么这里发生了什么呢?

编辑:一些系统信息:

Java version "1.7.0_55"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 2.4.7) (7u55-2.4.7-1ubuntu1)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 24.51-b03, mixed mode)

Intel(R) Core(TM) i7-2720QM CPU @ 2.20GHz

第二版:

使用爪哇8:

Static: 620 ms
Dynamic: 624 ms
1000000001000000000
Static: 890 ms
Dynamic: 618 ms
2000000002000000000
Static: 891 ms
Dynamic: 616 ms
3000000003000000000
Static: 892 ms
Dynamic: 617 ms
4000000004000000000

其他代码排序在这里产生类似的奇怪(但其他)结果。

共有3个答案

梁丘兴腾
2023-03-14

只是一个额外的注意事项。只有当我将long用于ris时,我才能观察到这种奇怪的行为。如果我将它们转换为int然后我得到这些计时:

Static: 352 ms
Dynamic: 353 ms
Static: 348 ms
Dynamic: 349 ms
Static: 349 ms
Dynamic: 348 ms
Static: 349 ms
Dynamic: 344 ms

因此,一个可能的结论是避免在这些情况下长时间工作。至少在 Linux/Amd64 Java7 中,性能很重要。

潘衡
2023-03-14

看起来是Java向变量r添加值的方式。我做了一些更改,添加了方法run2()

public class TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls {
    private static final long RUNS = 1_000_000_000L;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Test run 1 =================================");
        new TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls().run();
        System.out.println("Test run 2 =================================");
        new TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls().run2();
    }
    private void run2() {
        long r = 0;
        long start, end;
        for (int loop = 0; loop < 10; loop++) {
            // Benchmark
            long stat = 0;
            start = System.currentTimeMillis();
            for (long i = 0; i < RUNS; i++) {
                stat += addStatic(1, i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Static: " + (end - start) + " ms");
            long dyna = 0;
            start = System.currentTimeMillis();
            for (long i = 0; i < RUNS; i++) {
                dyna += addDynamic(1, i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Dynamic: " + (end - start) + " ms");
            // If you really want to have values in "r" then...
            r += stat + dyna;
            // Do something with r to keep compiler happy
            System.out.println(r);
        }
    }
    private void run() {
        long r = 0;
        long start, end;
        for (int loop = 0; loop < 10; loop++) {
            // Benchmark
            start = System.currentTimeMillis();
            for (long i = 0; i < RUNS; i++) {
                r += addStatic(1, i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Static: " + (end - start) + " ms");
            start = System.currentTimeMillis();
            for (long i = 0; i < RUNS; i++) {
                r += addDynamic(1, i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Dynamic: " + (end - start) + " ms");
            // If you really want to have values in "r" then...
            // Do something with r to keep compiler happy
            System.out.println(r);
        }
    }
    private long addDynamic(long a, long b) {
        return a + b;
    }
    private static long addStatic(long a, long b) {
        return a + b;
    }
}

结果是:

Test run 1 =================================
Static: 582 ms
Dynamic: 579 ms
1000000001000000000
Static: 2065 ms
Dynamic: 2352 ms
2000000002000000000
Static: 2084 ms
Dynamic: 2345 ms
3000000003000000000
Static: 2095 ms
Dynamic: 2347 ms
4000000004000000000
Static: 2102 ms
Dynamic: 2338 ms
5000000005000000000
Static: 2073 ms
Dynamic: 2345 ms
6000000006000000000
Static: 2074 ms
Dynamic: 2341 ms
7000000007000000000
Static: 2102 ms
Dynamic: 2355 ms
8000000008000000000
Static: 2062 ms
Dynamic: 2354 ms
9000000009000000000
Static: 2057 ms
Dynamic: 2350 ms
-8446744063709551616
Test run 2 =================================
Static: 584 ms
Dynamic: 582 ms
1000000001000000000
Static: 587 ms
Dynamic: 577 ms
2000000002000000000
Static: 577 ms
Dynamic: 579 ms
3000000003000000000
Static: 577 ms
Dynamic: 577 ms
4000000004000000000
Static: 578 ms
Dynamic: 579 ms
5000000005000000000
Static: 578 ms
Dynamic: 580 ms
6000000006000000000
Static: 577 ms
Dynamic: 579 ms
7000000007000000000
Static: 578 ms
Dynamic: 577 ms
8000000008000000000
Static: 580 ms
Dynamic: 578 ms
9000000009000000000
Static: 576 ms
Dynamic: 579 ms
-8446744063709551616

至于为什么直接加到r,我一点头绪都没有。也许有人可以提供更多的见解,说明为什么在循环块内访问r会使事情变得慢得多。

齐昊焱
2023-03-14

序言:手动编写微基准几乎总是注定要失败。
有些框架已经解决了常见的基准测试问题。

>

  • JIT编译单元是一种方法。将多个基准测试合并到一个方法中会导致不可预测的结果。

    JIT严重依赖于执行配置文件,即运行时统计数据。如果一个方法长时间运行第一个场景,JIT会为其优化生成的代码。当该方法突然切换到另一个场景时,不要期望它以相同的速度运行。

    JIT可能会跳过优化未执行的代码。这会给这段代码留下一个不常见的陷阱。如果陷阱被击中,JVM将取消编译方法的优化,切换到解释器,然后使用新知识重新编译代码。例如,当您的方法run在第一个热循环中首次编译时,JIT还不知道System.out.println。一旦执行到达println,早期编译的代码很可能会被取消优化。

    方法越大——越难为即时编译器优化它。例如,似乎没有足够的备用寄存器来保存所有局部变量。这就是你的情况。

    综上所述,您的基准测试似乎通过了以下场景:

      < li >第一个热循环(< code>addStatic)触发< code>run方法的编译。除了< code>addStatic方法之外,执行配置文件不知道任何内容。 < Li > < code > system . out . println 触发去优化,之后第二个热循环(< code>addDynamic)导致重新编译< code>run方法。 < li >现在,执行配置文件只包含有关< code>addDynamic的信息,因此JIT优化了第二个循环,第一个循环似乎有额外的寄存器溢出:

    优化循环:

    0x0000000002d01054: add    %rbx,%r14
    0x0000000002d01057: add    $0x1,%rbx          ;*ladd
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::addDynamic@2
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@105
    
    0x0000000002d0105b: add    $0x1,%r14          ; OopMap{rbp=Oop off=127}
                                                  ;*goto
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@116
    
    0x0000000002d0105f: test   %eax,-0x1c91065(%rip)        # 0x0000000001070000
                                                  ;*lload
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@92
                                                  ;   {poll}
    0x0000000002d01065: cmp    $0x3b9aca00,%rbx
    0x0000000002d0106c: jl     0x0000000002d01054
    

    循环使用额外的寄存器溢出:

    0x0000000002d011d0: mov    0x28(%rsp),%r11  <---- the problem is here
    0x0000000002d011d5: add    %r10,%r11
    0x0000000002d011d8: add    $0x1,%r10
    0x0000000002d011dc: add    $0x1,%r11
    0x0000000002d011e0: mov    %r11,0x28(%rsp)    ;*ladd
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::addStatic@2
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@33
    
    0x0000000002d011e5: mov    0x28(%rsp),%r11  <---- the problem is here
    0x0000000002d011ea: add    $0x1,%r11          ; OopMap{[32]=Oop off=526}
                                                  ;*goto
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@44
    
    0x0000000002d011ee: test   %eax,-0x1c911f4(%rip)        # 0x0000000001070000
                                                  ;*goto
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@44
                                                  ;   {poll}
    0x0000000002d011f4: cmp    $0x3b9aca00,%r10
    0x0000000002d011fb: jl     0x0000000002d011d0  ;*ifge
                                                  ; - TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls::run@25
    

    P、 以下JVM选项对于分析JIT编译非常有用:

    -XX:+PrintCompilation -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintInlining -XX:+PrintAssembly -XX:CompileOnly=TestPerformanceOfStaticVsDynamicCalls
    

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