• 论点清晰、论据合理、推理完美、事实清楚,所以上集演到这里就结束了...

    直到,有很多朋友问出了这个问题:

    对啊,和 sleep 方法一样,这也是 native 方法调用啊,完全符合前面的结论啊,它为什么不进入安全点呢,为什么要搞差别对待呢?

    大胆假设

    看到问题的时候,我的第一反应就是先把锅甩给 JIT 吧,毕竟除了它,其他的我也实在想(不)不(了)到(解)。

    为什么我会直接想到 JIT 呢?

    因为循环中的这一行的代码属于典型的热点代码:

    引用《深入理解JVM虚拟机》里面的描述,热点代码,主要是分为两类:

    前者很好理解,一个方法被调用得多了,方法体内代码执行的次数自然就多,它成为“热点代码”是理所当然的。

    而后者则是为了解决当一个方法只被调用过一次或少量的几次,但是方法体内部存在循环次数较多的循环体,这样循环体的代码也被重复执行多次,因此这些代码也应该认为是“热点代码”。很明显,我们的示例代码就属于这种情况。

    在我们的示例代码中,循环体触发了热点代码的编译动作,而循环体只是方法的一部分,但编译器依然必须以整个方法作为编译对象。

    因为编译的目标对象都是整个方法体,不会是单独的循环体。

    既然两种类型都是“整个方法体”,那么区别在于什么地方?

    区别就在于执行入口(从方法第几条字节码指令开始执行)会稍有不同,编译时会传入执行入口点字节码序号(Byte Code Index,BCI)。

    这种编译方式因为编译发生在方法执行的过程中,因此被很形象地称为“栈上替换”(On Stack Replacement,OSR),即方法的栈帧还在栈上,方法就被替换了。

    说到 OSR 你就稍微耳熟了一点,是不是?毕竟它也偶现于面试环节中,作为一些高(装)阶(逼)面试题存在。

    其实也就这么回事。

    好,概念就先说到这里,剩下的如果你想要详细了解,可以去翻阅书里面的“编译对象与触发条件”小节。

    我主要是为了引出虚拟机针对热点代码搞了一些优化这个点。

    基于前面的铺垫,我完全可以假设如下两点:

    小心求证

    其实验证起来非常简单,前面不是说了吗,是 JIT 优化搞的鬼,那我直接关闭 JIT 功能,再跑一次,不就知道结论了吗?

    如果关闭 JIT 功能后,主线程在睡眠 1000ms 之后继续执行,说明什么?

    说明循环体里面可以进入 safepoint,程序执行结果符合预期。

    所以结果是怎么样的呢?

    我可以用下面的这个参数关闭 JIT:

    然后再次运行程序:

    可以看到关闭 JIT 之后,主线程并没有等待子线程运行结束后才输出 num。效果等同于前面说的把 int 修改为 long,或者加入 Thread.sleep(0) 这样的代码。

    因此我前面的那两点假设是不是就成立了?

    好,那么问题就来了,说好的是小心求证,但是我这里只是用了一个参数关闭了 JIT,虽然看到了效果,但是总感觉中间还缺点东西。

    缺什么东西呢?

    前面的程序我已经验证了:经过 JIT 优化之后,把本来应该存在的安全点给干没了。

    但是这句话其实还是太笼统了,经过 JIT 优化之前和之后,分别是长什么样子的呢,能不能从什么地方看出来安全点确实是没了?

    不能我说没了就没了,这得眼见为实才行。

    诶,你说巧不巧。

    我刚好知道有个东西怎么去看这个“优化之前和之后“。

    有个工具叫做 JITWatch,它就能干这个事儿。

    如果你之前没用过这个工具的话,可以去查查教程。不是本文重点,我就不教了,一个工具而已,不复杂的。

    我把代码贴到 JITWatch 的沙箱里面:

    然后点击运行,最后就能得到这样的一个界面。

    左边是 Java 源码,中间是 Java 字节码,右边是 JIT 之后的汇编指令:

    我框起来的部分就是 JIT 分层编译后的不同的汇编指令。

    其中 C2 编译就是经过充分编译之后的高性能指令,它于 C1 编译后的汇编代码有很多不同的地方。

    这一部分如果之前没接触过,看不懂没关系,也很正常,毕竟面试也不会考。

    我给你截这几张的意思就是表明,你只要知道,我现在已经可以拿到优化之前和之后的汇编指令了,但是他们自己的差异点很多,那么我应该关注的差异点是什么呢?

    就像是给你两个文本,让你找出差异点,很容易。但是在众多差异点中,哪个是我们关心的呢?

    这个才是关键问题。

    我也不知道,但是我找到了下面这一篇文章,带领我走向了真相。

    关键文章

    好了,前面都是一些不痛不痒的东西,这里的这篇文章才是关键点:

    因为我在这个文章中,找到了 JIT 优化之后,应该关注的“差异点”是什么。

    这篇文章的标题叫做《安全点的意义、副作用以及开销》:

    作者是一位叫做 nitsanw 的大佬,从他博客里面的文章看,在 JVM 和性能优化方面有着很深的造诣,上面的文章就发布于他的博客。

    这是他的 github 地址:

    用的头像是一头牦牛,那我就叫他牛哥吧,毕竟是真的牛。

    同时牛哥就职于 Azul 公司,和 R 大是同事:

    他这篇文章算是把安全点扒了个干净,但是内容非常多,我不可能面面俱到,只能挑和本文相关度非常大的地方进行简述,但是真的强烈建议你读读原文。文章也分为了上下两集,这是下集的地址:

    看完之后,你就知道,什么叫做透彻,什么叫做:

    在牛哥的文章中分为了下面这几个小节:

    和本文重点相关的是“将一个Java线程带到一个安全点”这个部分。

    我给你解析一下:

    这一段主要在说 Java 线程需要每隔一个时间间隔去轮询一个“安全点标识”,如果这个标识告诉线程“请前往安全点”,那么它就进入到安全点的状态。

    但是这个轮询是有一定的消耗的,所以需要 keep safepoint polls to a minimum,也就是说要减少安全点的轮询。因此,关于安全点轮询触发的时间就很有讲究。

    既然这里提到轮询了,那么就得说一下我们示例代码里面的这个 sleep 时间了:

    有的读者把时间改的短了一点,比如 500ms,700ms 之类的,发现程序正常结束了?

    为什么?

    因为轮询的时间由 -XX:GuaranteedSafepointInterval 选项控制,该选项默认为 1000ms:

    所以,当你的睡眠时间比 1000ms 小太多的时候,安全点的轮询还没开始,你就 sleep 结束了,当然观察不到主线程等待的现象了。

    好了,这个只是随口提一句,回到牛哥的文章中,他说综合各种因素,关于安全点的轮询,可以在以下地方进行:

    第一个地方:

    在解释器模式下运行时,在任何 2 个字节码之间都可以进行安全点的轮询。

    要理解这句话,就需要了解解释器模式了,上个图:

    从图上可以知道,解释器和编译器之间是相辅相成的关系。

    另外,可以使用 -Xint 启动参数,强制虚拟机运行于“解释模式”:

    我们完全可以试一试这个参数嘛:

    程序正常停下来了,为什么?

    刚刚才说了:

    第二个地方:

    在 C1/C2 编译代码中的 "非计数 "循环的每次循环体结束之后。

    关于这个“计数循环”和“非计算循环”我在上集里面已经说过了,也演示过了,就是把 int 修改为 long,让“计数循环”变成“非计算循环”,就不赘述了。

    反正我们知道这里说的没毛病就行。

    第三个地方:

    在 C1/C2 编译代码中的方法入口或者出口处(Zing 为入口,OpenJDK 为出口)。

    前半句很好理解,对于我们常用的 OpenJDK 来说,即使经过了 JIT 优化,但是在方法的入口处还是设置了一个可以进行安全点轮询的地方。

    主要是关注后半句:

    当方法被内联时编译器会删除这些安全点轮询

    这不就是我们示例代码的情况吗?

    本来有安全点,但是被优化没了。说明这种情况是真实存在的。

    然后我们接着往下看,就能看到我一直在找的“差异点”了:

    牛哥说,如果有人想看到安全点轮询,那么可以加上这个启动参数:

    然后在输出里面找下面的关键词:

    实操一把就是这样的:

    确实找到了类似的关键字,但是在控制台输出的汇编太多了,根本没法分析。

    没关系,这不重要,重要的是我到了这个关键的指令:{poll}

    也就是说,如果在初始的汇编中有 {poll} 指令,但是在经过 JIT 充分优化之后的代码,也就是前面说的 C2 阶段的汇编指令里面,找不到 {poll} 这个指令,就说明安全点确实是被干掉了。

    所以,在 JITWatch 里面,当我选择查看 for 循环(热点代码)在 C1 阶段的编译结果的时候,可以看看有 {poll} 指令:

    但是,当我选择 C2 阶段的编译结果的时候,{poll} 指令确实都找不到了:

    接着,如果我把代码修改为这样,也就是前面说的会正常结束的代码:

    正常结束,说明循环体内可以进入安全点,也就是说明有 {poll} 指令。

    所以,再次通过 JITWarch 查看 C2 的汇编,果然看到了它:

    为什么呢?

    从最终输出的汇编上来看,因为 Thread.sleep(0) 这行代码的存在,阻止了 JIT 做过于激进的优化。

    那么为什么 sleep 会阻止 JIT 做过于激进的优化呢?

    好了,

    别问了,

    就到这吧,

    再问,

    就不礼貌了。

    牛哥的案例

    牛哥的文章中给了下面五个案例,每个案例都有对应的代码:

    我主要带大家看看第 0 个和第 4 个,老有意思了。

    第 0 个案例

    它的代码是这样的:

    public class WhenWillItExit {
      public static void main(String[] argc) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
          long l = 0;
          for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
            for (int j = 0; j < Integer.MAX_VALUE; j++) {
              if ((j & 1) == 1)
                l++;
            }
          }
          System.out.println("How Odd:" + l);
        });
        t.setDaemon(true);
        t.start();
        Thread.sleep(5000);
      }
    }

    牛哥是这样描述这个代码的:

    他说这个代码应该是在 5 秒之后结束,但是实际上它会一直运行下去,除非你用 kill -9 命令强行停止它。

    但是当我把代码粘贴到 IDEA 里面运行起来,5 秒之后,程序停了,就略显尴尬。

    我建议你也粘出来跑一下。

    这里为什么和牛哥说的运行结果不一样呢?

    评论区也有人问出了这个问题:

    于是牛哥又写了一篇下集,详细的解释了为什么:

    简单来说就是他是在 Eclipse 里面跑的,而 Eclipse 并不是用的 javac 来编译,而是用的自己的编译器。

    编译器差异导致字节码的差异,从而导致运行结果的差异:

    然后牛哥通过一顿分析,给出了这样的一段代码,

    和之前的代码唯一不一样的地方,就是在子线程里面调用 countOdds 方法之前,在主线程里面先进行了 10w 次的运行调用。

    这样改造之后代码运行起来就不会在 5 秒之后停止了,必须要强行 kill 才行。

    为什么呢?

    别问,问就是答案就在他的下集里面,自己去翻,写的非常详细。

    同时在下集中,牛哥还非常贴心的给你贴出了他总结的六种循环的写法,那些算是“counted Loops”,建议仔细辨别:

    第 4 个案例

    这个案例是一个基准测试,牛哥说它是来自 Netty 的一个 issue:

    这里怎么突然提到 Netty 了呢?

    牛哥给了一个超链接:

    这个 pr 里面讨论的内容非常的多,其中一个争论的点就是循环到底用 int 还是 long。

    这个哥们写了一个基准测试,测试结果显示用 int 和 long 似乎没啥差别:

    需要说明的是,为了截图方便,我截图的时候把这个老哥的基准测试删除了。如果你想看他的基准测试代码,可以通过前面说的链接去找到。

    然后这个看起来头发就很茂盛的老哥直接用召唤术召唤了牛哥:

    等了一天之后,牛哥写了一个非常非常详细的回复,我还是只截取其中一部分:

    他上来就说前面的老哥的基准测试写的有点毛病,所以看起来差不多。你看看我写的基准测试跑出来的分,差距就很大了。

    牛哥这里提到的基准测试,就是我们的第四个案例。

    所以也可以结合着 Netty 的这个特别长的 pr 去看这个案例,看看什么叫做专业。

    最后,再说一次,文中提到的牛哥的两篇文章,建议仔细阅读。

    另外,关于安全点的源码,我之前也分享过这篇文章,建议一起食用,味道更佳:《关于安全点的那点破事儿》

    我只是给你指个路,剩下的路就要你自己走了,天黑路滑,灯火昏暗,小心脚下,不要深究,及时回头,阿弥陀佛!

    最后,感谢你阅读我的文章。欢迎关注公众号【why技术】,文章全网首发哦。

    09-13 12:09