Java JIT在运行JDK代码时会作弊吗？

java jit jvm jvm-hotspot

2022-08-31 04:36:22

我正在对一些代码进行基准测试，即使使用完全相同的算法，也无法让它像java.math.BigInteger那样快速运行。所以我将java.math.BigInteger源代码复制到我自己的包中，并尝试了这个：

//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

当我运行它时，导入行未注释：

4098nsec/mul
2559044166

使用JDK版本的BigInteger与我的版本相比，它的速度几乎是我的三倍，即使它使用的是完全相同的代码。

我已经使用javap检查了字节码，并在使用选项运行时比较了编译器输出：

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

两个版本似乎生成相同的代码。那么，热点是否使用了一些我无法在代码中使用的预先计算的优化？我一直明白他们没有。是什么解释了这种差异？

答案 1

是的，HotSpot JVM有点“作弊”，因为它有一些方法的特殊版本，你在Java代码中找不到。这些方法称为 JVM 内部函数。BigInteger

特别是，是HotSpot中的一种内在方法。在 JVM 源代码库中有一个特殊的手动编码程序集实现，但仅适用于 x86-64 体系结构。BigInteger.multiplyToLen

您可以使用强制 JVM 使用纯 Java 实现的选项来禁用此 instrinsic。在这种情况下，性能将类似于复制的代码的性能。-XX:-UseMultiplyToLenIntrinsic

附言以下是其他 HotSpot 固有方法的列表。

答案 2

在Java 8中，这确实是一种内在的方法。该方法的略微修改版本：

 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;
}

使用以下命令运行此命令：

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

这将打印大量行，其中之一将是：

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

另一方面，在Java 9中，该方法似乎不再是内部函数，但反过来它又调用了一个内部函数的方法：

 @HotSpotIntrinsicCandidate
 private static int[] implMultiplyToLen

因此，在Java 9下运行相同的代码（使用相同的参数）将显示：

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

下面是该方法的相同代码 - 只是命名略有不同。