JVM不执行代码优化方法时

Question

我正在浏览Scott Oaks的《 Java Performance》一书时，遇到了一个代码，据说Java 7或8 JVM足够聪明，可以跳过for循环中提供的计算部分，因为将来不使用结果（微基准测试）。

书中提到的代码：

public void doTest() {
    // Main Loop
    double l;
    long then = System.currentTimeMillis();

    for (int i = 0; i < nLoops; i++) {
        l = fibImpl1(50);
    }
    long now = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Elapsed time: " + (now - then));
}

private double fibImpl1(int n) {
   if (n < 0) throw new IllegalArgumentException("Must be > 0");
   if (n == 0) return 0d;
   if (n == 1) return 1d;
   double d = fibImpl1(n - 2) + fibImpl(n - 1);
   if (Double.isInfinite(d)) throw new ArithmeticException("Overflow");
  return d;
} 

书中的进一步说明：由于从未使用过Fibonacci计算的结果，因此编译器可以随意放弃该计算。 一个智能编译器（包括当前的Java 7和8编译器）将最终执行以下代码：

long then = System.currentTimeMillis();
long now = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Elapsed time: " + (now - then));

为了验证同样的结果，我尝试了一个代码，但是经过时间的计算并不能反映上述理论。

我的代码版本：

    public class APSum {

    public static void main(String[] args) {

        long then = System.currentTimeMillis();
        ArithmeticProgression.sum(500000000);
        long now = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Elapsed time: " + (now - then));
    }
}

    class ArithmeticProgression{
    public static double sum(int i){
        double sum=0;
        for(int index=0; index<=i; index++){
            sum = sum + (double)index;
        }
        return sum;
    }
}

因此，请让我知道如何实现书中提到的方案。 还是JVM希望JVM是否要优化调用？

Answer 1

现代JVM太复杂了，并且会进行各种优化。 如果尝试测量一些小的代码，那么在没有非常非常详细的JVM工作知识的情况下，正确地进行操作确实很复杂。 死代码消除（DCE）是一种经常导致微基准出错的优化方法。

有两个经典错误（有关常见错误的更多信息， 请参见http://shipilev.net/talks/jvmls-July2014-benchmarking.pdf和https://stackoverflow.com/a/513259/1352098 ）：

• 由于编译的最小单位是方法，因此基准测试必须具有多个主要方法。
• 没有热身迭代。 始终包括一个预热阶段，该阶段一直运行您的测试内核，足以在计时阶段之前触发所有初始化和编译。

校正后，我们的基准如下所示：

    public class APSum {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            test();
        }
    }

    private static void test() {
        long then = System.currentTimeMillis();
        sum(5000000);
        long now = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Elapsed time: " + (now - then));
    }

    public static double sum(int i){
        double sum=0;
        for(int index=0; index<=i; index++){
            sum = sum + (double)index;
        }
        return sum;
    }
    }

在此示例中，DCE仅在内联之后发生。 让我们从内联树开始看（可用于-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintInlining -XX:-BackgroundCompilation ）

   @ 0   java.lang.System::currentTimeMillis (0 bytes)   intrinsic
   @ 6   edu.jvm.runtime.APSum::sum (22 bytes)   inlining prohibited by policy
   @ 10   java.lang.System::currentTimeMillis (0 bytes)   intrinsic

由于OSR，编译器无法内联方法APSum :: sum。 实际上，尽管OSR编译在基准测试中（尤其是在微基准测试中）经常被触发，但是在应用程序代码中却很少被触发。 为了获得正确的结果，我们必须添加更多的预热迭代：

    public class APSum {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            test();
        }
    }

    private static void test() {
        long then = System.currentTimeMillis();
        sum(5000000);
        long now = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Elapsed time: " + (now - then));
    }

    public static double sum(int i){
        double sum=0;
        for(int index=0; index<=i; index++){
            sum = sum + (double)index;
        }
        return sum;
    }
    }

结果，在迭代结束时，我们得到：

  Elapsed time: 5
  Elapsed time: 4
  Elapsed time: 5

    @ 0   java.lang.System::currentTimeMillis (0 bytes)   (intrinsic)
    @ 6   edu.jvm.runtime.APSum::sum (22 bytes)   inline (hot)
    @ 10   java.lang.System::currentTimeMillis (0 bytes)   (intrinsic)

  Elapsed time: 0
  Elapsed time: 0
  Elapsed time: 0