快捷導(dǎo)航

淺談JVM系列之JIT中的Virtual Call

更新時(shí)間：2021年06月03日 08:53:21 作者：flydean

什么是Virtual Call？Virtual Call在java中的實(shí)現(xiàn)是怎么樣的？Virtual Call在JIT中有沒(méi)有優(yōu)化？所有的答案看完這篇文章就明白了。

Virtual Call和它的本質(zhì)

有用過(guò)PrintAssembly的朋友，可能會(huì)在反編譯的匯編代碼中發(fā)現(xiàn)有些方法調(diào)用的說(shuō)明是invokevirtual，實(shí)際上這個(gè)invokevirtual就是Virtual Call。

Virtual Call是什么呢？

面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言基本上都支持方法的重寫(xiě)，我們考慮下面的情況：

private static class CustObj
{
    public void methodCall()
    {
        if(System.currentTimeMillis()== 0){
            System.out.println("CustObj is very good!");
        }
    }
}
private static class CustObj2 extends  CustObj
{
    public final void methodCall()
    {
        if(System.currentTimeMillis()== 0){
            System.out.println("CustObj2 is very good!");
        }
    }
}

我們定義了兩個(gè)類(lèi)，CustObj是父類(lèi)CustObj2是子類(lèi)。然后我們通一個(gè)方法來(lái)調(diào)用他們：

public static void doWithVMethod(CustObj obj)
{
    obj.methodCall();
}

因?yàn)閐oWithVMethod的參數(shù)類(lèi)型是CustObj，但是我們同樣也可以傳一個(gè)CustObj2對(duì)象給doWithVMethod。

怎么傳遞這個(gè)參數(shù)是在運(yùn)行時(shí)決定的，我們很難在編譯的時(shí)候判斷到底該如何執(zhí)行。

那么JVM會(huì)怎么處理這個(gè)問(wèn)題呢？

答案就是引入VMT(Virtual Method Table)，這個(gè)VMT存儲(chǔ)的是該class對(duì)象中所有的Virtual Method。

然后class的實(shí)例對(duì)象保存著一個(gè)VMT的指針，執(zhí)行VMT。

程序運(yùn)行的時(shí)候首先加載實(shí)例對(duì)象，然后通過(guò)實(shí)例對(duì)象找到VMT，通過(guò)VMT再找到對(duì)應(yīng)的方法地址。

Virtual Call和classic call

Virtual Call意思是調(diào)用方法的時(shí)候需要依賴(lài)不同的實(shí)例對(duì)象。而classic call就是直接指向方法的地址，而不需要通過(guò)VMT表的轉(zhuǎn)換。

所以classic call通常會(huì)比Virtual Call要快。

那么在java中是什么情況呢？

在java中除了static, private和構(gòu)造函數(shù)之外，其他的默認(rèn)都是Virtual Call。

Virtual Call優(yōu)化單實(shí)現(xiàn)方法的例子

有些朋友可能會(huì)有疑問(wèn)了，java中其他方法默認(rèn)都是Virtual Call，那么如果只有一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，性能不會(huì)受影響嗎？

不用怕，JIT足夠智能，可以檢測(cè)到這種情況，在這種情況下JIT會(huì)對(duì)Virtual Call進(jìn)行優(yōu)化。

接下來(lái)，我們使用JIT Watcher來(lái)進(jìn)行Assembly代碼的分析。

要運(yùn)行的代碼如下：

public class TestVirtualCall {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我們只定義了一個(gè)類(lèi)的方法實(shí)現(xiàn)。

在JIT Watcher的配置中，我們禁用inline,以免inline的結(jié)果對(duì)我們的分析進(jìn)行干擾。

如果你不想使用JIT Watcher,那么可以在運(yùn)行是添加參數(shù)-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:-Inline，這里使用JIT Watcher是為了方便分析。

好了運(yùn)行代碼：

運(yùn)行完畢，界面直接定位到我們的JIT編譯代碼的部分，如下圖所示：

obj.methodCall相對(duì)應(yīng)的byteCode中，大家可以看到第二行就是invokevirtual，和它對(duì)應(yīng)的匯編代碼我也在最右邊標(biāo)明了。

大家可以看到在invokevirtual methodCall的最下面，已經(jīng)寫(xiě)明了optimized virtual_call,表示這個(gè)方法已經(jīng)被JIT優(yōu)化過(guò)了。

接下來(lái)，我們開(kāi)啟inline選項(xiàng)，再運(yùn)行一次：

大家可以看到methodCall中的System.currentTimeMillis已經(jīng)被內(nèi)聯(lián)到methodCall中了。

因?yàn)閮?nèi)聯(lián)只會(huì)發(fā)生在classic calls中，所以也側(cè)面說(shuō)明了methodCall方法已經(jīng)被優(yōu)化了。

Virtual Call優(yōu)化多實(shí)現(xiàn)方法的例子

上面我們講了一個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在我們測(cè)試一下兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)：

public class TestVirtualCall2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        CustObj2 obj2 = new CustObj2();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
            doWithVMethod(obj2);

        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj2 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj2 is very good!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我們定義了兩個(gè)類(lèi)CustObj和CustObj2。

再次運(yùn)行看下結(jié)果，同樣的，我們還是禁用inline。

大家可以看到結(jié)果中，首先對(duì)兩個(gè)對(duì)象做了cmp，然后出現(xiàn)了兩個(gè)優(yōu)化過(guò)的virtual call。

這里比較的作用就是找到兩個(gè)實(shí)例對(duì)象中的方法地址，從而進(jìn)行優(yōu)化。

那么問(wèn)題來(lái)了，兩個(gè)對(duì)象可以?xún)?yōu)化，三個(gè)對(duì)象，四個(gè)對(duì)象呢？

我們選擇三個(gè)對(duì)象來(lái)進(jìn)行分析：

public class TestVirtualCall4 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        CustObj2 obj2 = new CustObj2();
        CustObj3 obj3 = new CustObj3();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
            doWithVMethod(obj2);
            doWithVMethod(obj3);

        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj2 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj2 is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj3 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj3 is very good!");
            }
        }
    }
}

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下：