为什么这个内循环比通过外循环的第一次迭代快4倍？

我试图重现此处描述的一些处理器缓存效果。我知道Java是一个托管环境，这些例子不会完全翻译，但我遇到了一个奇怪的案例，我试图提炼成一个简单的例子来说明效果：

public static void main(String[] args) {
    final int runs = 10;
    final int steps = 1024 * 1024 * 1024;

    for (int run = 0; run < runs; run++) {
        final int[] a = new int[1];
        long start = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < steps; i++) {
            a[0]++;
        }
        long stop = System.nanoTime();
        long time = TimeUnit.MILLISECONDS.convert(stop - start, TimeUnit.NANOSECONDS);
        System.out.printf("Time for loop# %2d: %5d ms\n", run, time);
    }
}

输出：

 Time for loop#  0:    24 ms
 Time for loop#  1:   106 ms
 Time for loop#  2:   104 ms
 Time for loop#  3:   103 ms
 Time for loop#  4:   102 ms
 Time for loop#  5:   103 ms
 Time for loop#  6:   104 ms
 Time for loop#  7:   102 ms
 Time for loop#  8:   105 ms
 Time for loop#  9:   102 ms

内部循环的第一次迭代大约是后续迭代的 4 倍。这与我通常期望的相反，因为通常随着JIT的启动，性能会上升。

当然，在任何严肃的微基准测试中，人们都会做几个预热循环，但我很好奇是什么导致了这种行为，特别是因为如果我们知道环路可以在24ms内执行，那么稳态时间超过100ms并不是很令人满意。

作为参考，我正在使用的JDK（在linux上）：

 openjdk version "1.8.0_40"
 OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_40-b20)
 OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.40-b23, mixed mode)

更新：

以下是一些更新信息，基于一些评论和一些实验：

1） 将 System.out I/O 移出环路（通过将时序存储在大小为“runs”的数组中）不会对时间产生显著差异。

2）上面显示的输出是我从Eclipse中运行时。当我从命令行编译和运行时（使用相同的JDK / JVM），我得到的结果更适度，但仍然很重要（2倍而不是4倍）。这似乎很有趣，因为在日食中运行会减慢速度，如果有的话。

3）向上移动，退出循环，使其被重复使用，每次迭代都没有效果。a

4）如果更改为，则第一次迭代运行得更快（约20%），而其他迭代仍然相同（较慢）的速度。int[] along[] a

更新 2：

我认为apangin的答案可以解释它。我用Sun的1.9 JVM尝试了这个，它来自：

openjdk version "1.8.0_40"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_40-b20)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.40-b23, mixed mode)

Time for loop#  0:    48 ms
Time for loop#  1:   116 ms
Time for loop#  2:   112 ms
Time for loop#  3:   113 ms
Time for loop#  4:   112 ms
Time for loop#  5:   112 ms
Time for loop#  6:   111 ms
Time for loop#  7:   111 ms
Time for loop#  8:   113 ms
Time for loop#  9:   113 ms

自：

java version "1.9.0-ea"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.9.0-ea-b73)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 1.9.0-ea-b73, mixed mode)

Time for loop#  0:    48 ms
Time for loop#  1:    26 ms
Time for loop#  2:    22 ms
Time for loop#  3:    22 ms
Time for loop#  4:    22 ms
Time for loop#  5:    22 ms
Time for loop#  6:    22 ms
Time for loop#  7:    22 ms
Time for loop#  8:    22 ms
Time for loop#  9:    23 ms

这是相当的改进！