Java JIT 会在运行 JDK 代码时作弊吗？

Question

我正在对一些代码进行基准测试，即使使用完全相同的算法，我也无法像 java.math.BigInteger 那样快地达到运行。所以我将 java.math.BigInteger 源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（jdk 1.8.0_144-b01 在 MacOS 上）它输出：

12089nsec/mul
2559044166

当我运行它的导入行未注释时：

4098nsec/mul
2559044166

使用 JDK 版本的 BigInteger 几乎是我的版本的三倍，即使它使用的是完全相同的代码。

我用 javap 检查了字节码，并比较了运行选项时的编译器输出：

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

而且这两个版本生成的代码似乎相同。那么热点是否使用了一些我无法在我的代码中使用的预计算优化？我一直都明白他们没有。如何解释这种差异？

Answer 1

是的，HotSpot JVM 有点像 "cheating"，因为它有一些 BigInteger 方法的特殊版本，您在 Java 代码中找不到这些方法。这些方法称为 JVM intrinsics.

特别是，BigInteger.multiplyToLen 是 HotSpot 中的一个固有方法。 JVM源代码库中有一个特殊的hand-coded assembly implementation，但只适用于x86-64架构。

您可以使用 -XX:-UseMultiplyToLenIntrinsic 选项禁用此内部函数以强制 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相似。

P.S. 这里有一个 list 的其他 HotSpot 内部方法。

Answer 2

在Java8这确实是一个内在方法；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;
}

运行这与：

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

这将打印很多行，其中之一是：

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

在 Java 9 另一方面，该方法似乎不再是内在方法，但它又调用了一个内在方法：

 @HotSpotIntrinsicCandidate
 private static int[] implMultiplyToLen

所以运行 Java 9 下的相同代码（具有相同的参数）将显示：

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

下面是方法的相同代码 - 只是命名略有不同。

Java JIT 会在运行 JDK 代码时作弊吗？

Does Java JIT cheat when running JDK code?

java

jit

jvm

jvm-hotspot

Java JIT 会在 运行 JDK 代码时作弊吗？

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Java JIT 会在运行 JDK 代码时作弊吗？