大方法的执行性能与调优过程小记

xiaoxiao2024-03-28 11

你写过超过2500行的方法么？通常来说，这么大的方法并不多见，一般都是使用机器辅助生成的为主，这种情况在模板编译或其它语言的自动转换中比较常见。例如，对一个复杂的JSP页面，机器有可能会为它生成一个复杂的servlet方法去实现。

然而在Hotspot上运行这种大方法，很可能会有性能问题。例如，把文章所附DEMO的play()方法的内容分别重复拷贝1、2、4、8、16、32次并依次运行，在我的机器（Hotspot_1.6u22/Windows）上得到的play()的执行消耗时间分别是28.43、54.72、106.28、214.41、419.30、1476.40毫秒/万次。在重复拷贝1～16次时，随着代码量增加，方法执行所消耗的时间也对应成倍增加。当重复拷贝32次时，方法却多消耗了80%的时间。如果把这个play()方法拆分成play1()和play2()，让它们的方法体都是16次的重复拷贝，play1()最后再调用play2()，那么，play1()+play2()的执行消耗时间是857.75毫秒/万次，恰好是之前重复拷贝16次所消耗的时间的两倍。为什么同样功能的一段代码放在一个方法中执行会变慢，拆分成两个方法就变快？

大家知道，JVM一开始是以解释方式执行字节码的。当这段代码被执行的次数足够多以后，它会被动态优化并编译成机器码执行，执行速度会大大加快，这就是所谓的JIT编译。DEMO的play()方法在被统计消耗时间之前，已经预热执行了2000次，满足ClientVM的方法JIT编译阈值CompileThreshold=1500次的要求，那么，它是不是真的被JIT编译了呢？我们可以增加VM参数”-XX:+PrintCompilation”调查一下。在+PrintCompilation打开以后，列出了JVM在运行时进行过JIT编译的方法。下面是经过32次重复拷贝的play()方法的JIT编译记录（只列出需要关心的部分）：

而分成两部分的play1()+plaay2()的JIT编译记录则为：

显然，经过重复拷贝32次的play()方法没有经过JIT编译，始终采用解释方式执行，而分拆开的play1()+play2()经过JIT编译，所以难怪play()要慢80%。

为什么play()方法不受JVM青睐呢，是太长了么？这只能到Hotspot源码中去翻答案了。在compilationPolicy.cpp中有写道：

当DontCompileHugeMethods=true且代码长度大于HugeMethodLimit时，方法不会被编译。DontCompileHugeMethods与HugeMethodLimit的值在globals.hpp中定义：

上面两个参数说明了Hotspot对字节码超过8000字节的大方法有JIT编译限制，这就是play()杯具的原因。由于使用的是product mode的JRE，我们只能尝试关闭DontCompileHugeMethods，即增加VM参数”-XX:-DontCompileHugeMethods”来强迫JVM编译play()。再次对play()进行测试，耗时855毫秒/万次，性能终于上来了，输出的JIT编译记录也增加了一行：

使用”-XX:-DontCompileHugeMethods”解除大方法的编译限制，一个比较明显的缺点是JVM会尝试编译所遇到的所有大方法，者会使JIT编译任务负担更重，而且需要占用更多的Code Cache区域去保存编译后的代码。但是优点是编译后可以让大方法的执行速度变快，且可能提高GC速度。运行时Code Cache的使用量可以通过JMX或者JConsole获得，Code Cache的大小在globals.hpp中定义：

一旦Code Cache满了，HotSpot会停止所有后续的编译任务，虽然已编译的代码不受影响，但是后面的所有方法都会强制停留在纯解释模式。因此，如非必要，应该尽量避免生成大方法；如果解除了大方法的编译限制，则要留意配置Code Cache区的大小，准备更多空间存放编译后的代码。

最后附上DEMO代码：

[java] import java.io.StringWriter; import java.io.Writer; import java.util.HashMap; import java.util.Map;

public class HugeMethodDemo {

public static void main(String[] args) throws Exception { HugeMethodDemo demo = new HugeMethodDemo();

int warmup = 2000; demo.run(warmup);

int loop = 200000; double total = demo.run(loop); double avg = total / loop / 1e6 * 1e4;

System.out.println(String.format( "Loop=%d次, " + "avg=%.2f毫秒/万次", loop, avg)); }

private long run(int loop) throws Exception { long total = 0L;

for (int i = 0; i < loop; i++) { Map theWorld = buildTheWorld(); StringWriter console = new StringWriter();

}

return total; }

private Map buildTheWorld() { Map context = new HashMap(); context.put("name", "D&D"); context.put("version", "1.0");

Map game = new HashMap(); context.put("game", game);

Map player = new HashMap(); game.put("player", player); player.put("level", "26"); player.put("name", "jifeng"); player.put("job", "paladin"); player.put("address", "heaven"); player.put("weapon", "sword"); player.put("hp", 150);

String[] bag = new String[] { "world_map", "dagger", "magic_1", "potion_1", "postion_2", "key" }; player.put("bag", bag); return context; }

private void play(Map theWorld, Writer console) throws Exception { // 重复拷贝的开始位置 if (true) { String name = String.valueOf(theWorld.get("name")); String version = String.valueOf(theWorld.get("version")); console.append("Game ").append(name).append(" (v").append(version).append(")n"); Map game = (Map) theWorld.get("game"); if (game != null) { Map player = (Map) game.get("player"); if (player != null) { String level = String.valueOf(player.get("level")); String job = String.valueOf(player.get("job")); String address = String.valueOf(player.get("address")); String weapon = String.valueOf(player.get("weapon")); String hp = String.valueOf(player.get("hp")); console.append(" You are a ").append(level).append(" level ").append(job) .append(" from ").append(address).append(". n"); console.append(" Currently you have a ").append(weapon).append(" in hand, ") .append("your hp: ").append(hp).append(". n"); console.append(" Here are items in your bag: n"); for (String item : (String[]) player.get("bag")) { console.append(" * ").append(item).append("n"); } } else { console.append("tPlayer not login.n"); } } else { console.append("tGame not start yet.n"); } } // 重复拷贝的结束位置 } } [/java]

本文来源于"阿里中间件团队播客",原文发表时间"2010-12-05"