Java JIT在运行JDK代码时是否作弊？

Question

我标杆一些代码,我不能让它以最快的速度奔跑着java.math.BigInteger使用完全相同的算法,即使.所以我将java.math.BigIntegersource 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); 
    }
}

当我运行它(在MacOS上为jdk 1.8.0_144-b01)时,它输出:

12089nsec/mul
2559044166

当我使用取消注释的导入行运行它时:

4098nsec/mul
2559044166

使用BigInteger的JDK版本与我的版本相比,它几乎快三倍,即使它使用完全相同的代码.

我用javap检查了字节码,并在运行选项时比较了编译器输出:

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

并且两个版本似乎生成相同的代码.使用一些我在代码中无法使用的预先计算优化的热点也是如此吗？我一直都明白他们没有.是什么解释了这种差异

Answer 1

是的,HotSpot JVM有点"作弊",因为它有一些BigInteger你在Java代码中找不到的特殊版本的方法.这些方法称为JVM内在函数.

特别BigInteger.multiplyToLen是HotSpot中的内在方法.JVM源代码库中有一个特殊的手工编码程序集实现,但仅适用于x86-64体系结构.

您可以通过-XX:-UseMultiplyToLenIntrinsic选项禁用此instrinsic 以强制JVM使用纯Java实现.在这种情况下,性能将与您复制的代码的性能类似.

PS这是其他HotSpot内在方法的列表.

Answer 2

在Java 8中,这确实是一个内在的,稍微修改过的方法版本:

 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:

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

这将打印许多行,其中一行将是:

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

另一方面,在Java 9中,该方法似乎不再是内在的,但反过来它调用的是一个内在的方法:

 @HotSpotIntrinsicCandidate
 private static int[] implMultiplyToLen

因此,在Java 9下运行相同的代码(具有相同的参数)将揭示:

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

在它下面是该方法的相同代码 - 只是稍微不同的命名.