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k314159
Asked: 2024-12-04 19:19:43 +0800 CST

JRE 23 的运行速度比以前的版本快得多

  • 772

我正在尝试以下代码进行性能检查。它纯粹是 CPU 密集型的，对类型进行大量计算double，单线程，并且不使用任何堆：

public class PerfTestSampleJ {
    private static final int MEASURE_COUNT = 5;
    private static final int ITERATIONS = 100_000_000;

    public static void main(String[] args) {
        var minTime = Long.MAX_VALUE;
        for (int i = 1; i <= MEASURE_COUNT; i++) {
            long start = System.nanoTime();
            double pi = calculatePi(ITERATIONS);
            long time = System.nanoTime() - start;
            System.out.printf("Iteration %2d took %8.3f ms%n", i, time / 1e6);
            if (time < minTime) {
                minTime = time;
            }
            if (Math.abs(pi - Math.PI) > 1e-14)
                throw new AssertionError(pi + " (" + (pi - Math.PI) + ")");
        }
        System.out.printf("Minimum time taken: %8.3f ms%n", minTime / 1e6);
    }

    private static double calculatePi(int iterations) {
        double pi = 0.0;
        double numerator = 4.0;
        for (int i = 1; i <= iterations; i++) {
            double n = i * 2.0;
            double denominator = n * (n + 1) * (n + 2);
            pi += numerator / denominator;
            numerator = -numerator;
        }
        return 3 + pi;
    }
}

现在，使用相同的编译类文件，比较在 JRE 21 和 JRE 23 下运行的结果：

/usr/lib/jvm/jdk-21.0.5-oracle-x64/bin/java PerfTestSampleJ
Iteration  1 took  801.058 ms
Iteration  2 took  798.392 ms
Iteration  3 took  414.688 ms
Iteration  4 took  413.959 ms
Iteration  5 took  416.867 ms
Minimum time taken:  413.959 ms

/usr/lib/jvm/jdk-23.0.1-oracle-x64/bin/java PerfTestSampleJ
Iteration  1 took  193.654 ms
Iteration  2 took  186.790 ms
Iteration  3 took  102.963 ms
Iteration  4 took  103.226 ms
Iteration  5 took  102.869 ms
Minimum time taken:  102.869 ms

在每次运行中，前两次迭代都有一个预热阶段，但第三次迭代及以后的速度几乎是最快的。

Java 23 中有哪些变化可以加快速度？查看发行说明时，我发现有关性能的所有信息都是垃圾收集器的改进。但我们这里不使用堆，因此垃圾收集器的改进无关紧要。

PS 以上结果是在使用 i7 处理器的 Ubuntu Linux x64 上得出的。我使用 Temurin 版本也得到了相同的结果。此外，我在 Windows x64 上尝试了 Oracle JRE 22 与 23，结果相似，显示性能差异在 22 和 23 之间。

java

1 个回答

  1. Best Answer

    在简化的JMH基准测试中可以观察到类似的效果（JDK 23 比 JDK 21 快得多）：

    @Benchmark
public double compute() {
    double d = 0.0;
    for (int i = 1; i <= ITERATIONS; i++) {
        d += 1.0 / i;
    }
    return d;
}

    为了找出原因，我们将使用-prof perfasm分析器运行基准测试并分析生成的代码。它包括 16 次展开的循环迭代，但对于我们的目的而言，查看前两个就足够了：

    JDK 21

    0x00007f822049c323:   lea    0xf(%r8),%r10d
0x00007f822049c327:   lea    0xe(%r8),%r11d
0x00007f822049c32b:   vcvtsi2sd %r10d,%xmm0,%xmm0
0x00007f822049c330:   vdivsd %xmm0,%xmm2,%xmm3
0x00007f822049c334:   vcvtsi2sd %r11d,%xmm0,%xmm0
0x00007f822049c339:   vdivsd %xmm0,%xmm2,%xmm4

    JDK 23

    0x00007f46f442e1f3:   lea    0xf(%r8),%r10d
0x00007f46f442e1f7:   lea    0xe(%r8),%r11d
0x00007f46f442e1fb:   vpxor  %xmm0,%xmm0,%xmm0       (!)
0x00007f46f442e1ff:   vcvtsi2sd %r10d,%xmm0,%xmm0
0x00007f46f442e204:   vdivsd %xmm0,%xmm2,%xmm3
0x00007f46f442e208:   vpxor  %xmm0,%xmm0,%xmm0       (!)
0x00007f46f442e20c:   vcvtsi2sd %r11d,%xmm0,%xmm0
0x00007f46f442e211:   vdivsd %xmm0,%xmm2,%xmm4

    代码基本相同，只是 JDK 23 版本包含两条额外vpxor指令。为什么额外的指令可以加快执行速度？

    线索是vcvtsi2sd将整数转换为双精度的 AVX 指令。它有两个源操作数：一个是带有整数的通用寄存器，第二个是 SIMD 寄存器，其中 64-127 位是从中复制的。这会产生对源 SIMD 寄存器的冗余依赖，即使后续代码不使用更高位。

    将寄存器与其自身进行异或是一种将寄存器（包括其高位）清零的简单技巧。这实质上打破了依赖关系：硬件认识到它不再需要关心 中的 64-127 位vcvtsi2sd及后续位vdivsd，因为高位将始终为零。

    这是一个性能回归问题JDK-8318562 ，已通过此 PR在 JDK 23 中修复。您可以在此 PR 的评论中找到进一步的解释。

    有趣的是，禁用 AVX 指令可以-XX:UseAVX=0提高 JDK 21 及更早版本的基准性能。

    • 9

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