zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 深入理解编译优化之循环展开和粗化锁

    简介

    之前在讲JIT的时候,有提到在编译过程中的两种优化循环展开和粗化锁,今天我们和小师妹一起从Assembly的角度来验证一下这两种编译优化方法,快来看看吧。

    循环展开和粗化锁

    小师妹:F师兄,上次你讲到在JIT编译的过程中会进行一些编译上面的优化,其中就有循环展开和粗化锁。我对这两种优化方式很感兴趣,能不能展开讲解一下呢?

    当然可以,我们先来回顾一下什么是循环展开。

    更多精彩内容且看:

    循环展开就是说,像下面的循环遍历的例子:

    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    x += 0x51;
            }
    

    因为每次循环都需要做跳转操作,所以为了提升效率,上面的代码其实可以被优化为下面的:

    for (int i = 0; i < 250; i++) {
                    x += 0x144; //0x51 * 4
            }
    

    注意上面我们使用的是16进制数字,至于为什么要使用16进制呢?这是为了方便我们在后面的assembly代码中快速找到他们。

    好了,我们再在 x += 0x51 的外面加一层synchronized锁,看一下synchronized锁会不会随着loop unrolling展开的同时被粗化。

    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                synchronized (this) {
                    x += 0x51;
                }
     }
    

    万事具备,只欠我们的运行代码了,这里我们还是使用JMH来执行。

    相关代码如下:

    @Warmup(iterations = 10, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
    @Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
    @Fork(value = 1,
            jvmArgsPrepend = {
            "-XX:-UseBiasedLocking",
                    "-XX:CompileCommand=print,com.flydean.LockOptimization::test"
    }
            )
    @State(Scope.Benchmark)
    @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    public class LockOptimization {
    
        int x;
        @Benchmark
        @CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
        public void test() {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                synchronized (this) {
                    x += 0x51;
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws RunnerException {
            Options opt = new OptionsBuilder()
                    .include(LockOptimization.class.getSimpleName())
                    .build();
            new Runner(opt).run();
        }
    }
    

    上面的代码中,我们取消了偏向锁的使用:-XX:-UseBiasedLocking。为啥要取消这个选项呢?因为如果在偏向锁的情况下,如果线程获得锁之后,在之后的执行过程中,如果没有其他的线程访问该锁,那么持有偏向锁的线程则不需要触发同步。

    为了更好的理解synchronized的流程,这里我们将偏向锁禁用。

    其他的都是我们之前讲过的JMH的常规操作。

    接下来就是见证奇迹的时刻了。

    分析Assembly日志

    我们运行上面的程序,将会得到一系列的输出。因为本文并不是讲解Assembly语言的,所以本文只是大概的理解一下Assembly的使用,并不会详细的进行Assembly语言的介绍,如果有想深入了解Assembly的朋友,可以在文后留言。

    分析Assembly的输出结果,我们可以看到结果分为C1-compiled nmethod和C2-compiled nmethod两部分。

    先看C1-compiled nmethod:

    第一行是monitorenter,表示进入锁的范围,后面还跟着对于的代码行数。

    最后一行是monitorexit,表示退出锁的范围。

    中间有个add $0x51,%eax操作,对于着我们的代码中的add操作。

    可以看到C1—compiled nmethod中是没有进行Loop unrolling的。

    我们再看看C2-compiled nmethod:

    和C1很类似,不同的是add的值变成了0x144,说明进行了Loop unrolling,同时对应的锁范围也跟着进行了扩展。

    最后看下运行结果:

    
    Benchmark              Mode  Cnt     Score     Error  Units
    LockOptimization.test  avgt    5  5601.819 ± 620.017  ns/op
    

    得分还不错。

    禁止Loop unrolling

    接下来我们看下如果将Loop unrolling禁掉,会得到什么样的结果。

    要禁止Loop unrolling,只需要设置-XX:LoopUnrollLimit=1即可。

    我们再运行一下上面的程序:

    可以看到C2-compiled nmethod中的数字变成了原本的0x51,说明并没有进行Loop unrolling。

    再看看运行结果:

    Benchmark              Mode  Cnt      Score      Error  Units
    LockOptimization.test  avgt    5  20846.709 ± 3292.522  ns/op
    

    可以看到运行时间基本是优化过后的4倍左右。说明Loop unrolling还是非常有用的。

    总结

    本文介绍了循环展开和粗化锁的实际例子,希望大家能够喜欢。

    本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20

    本文作者:flydean程序那些事

    本文链接:http://www.flydean.com/jvm-jit-loop-unrolling-lock-coarsening/

    本文来源:flydean的博客

    欢迎关注我的公众号:程序那些事,更多精彩等着您!

  • 相关阅读:
    Go语言 go get 找不到 google.golang.org/protobuf/encoding/prototext 解决办法
    golang.org/x包无法下载
    mqtt服务压力测试
    go-test知识点
    多线程并发
    elasticsearch-基础查询语法整理
    go 代码依赖管理工具mod使用
    微服务软件架构设计
    docker搭建mysql
    服务docker化
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/flydean/p/jvm-jit-loop-unrolling-lock-coarsening.html
Copyright © 2011-2022 走看看