运行JDK代码时Java JIT是否作弊？

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我正在对一些代码进行基准测试java.math.BigInteger，即使使用完全相同的算法，也无法使其运行速度与一样快。因此，我将java.math.BigInteger源代码复制到自己的程序包中并尝试了以下操作：

//import java.math.BigInteger;

public class MultiplyTest {
    public static void main(String[] args) {
        Random r = new Random(1);
        long tm = 0, count = 0,result=0;
        for (int i = 0; i < 400000; i++) {
            int s1 = 400, s2 = 400;
            BigInteger a = new BigInteger(s1 * 8, r), b = new BigInteger(s2 * 8, r);
            long tm1 = System.nanoTime();
            BigInteger c = a.multiply(b);
            if (i > 100000) {
                tm += System.nanoTime() - tm1;
                count++;
            }
            result+=c.bitLength();
        }
        System.out.println((tm / count) + "nsec/mul");
        System.out.println(result); 
    }
}

当我运行它（在MacOS上为jdk 1.8.0_144-b01）时，它输出：

12089nsec/mul
2559044166

当我在未注释导入行的情况下运行它时：

4098nsec/mul
2559044166

使用BigInteger的JDK版本时，即使使用完全相同的代码，它的速度也几乎是我的版本的三倍。

我已经用javap检查了字节码，并在使用options运行时比较了编译器的输出：

-Xbatch -XX:-TieredCompilation -XX:+PrintCompilation -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 
-XX:+PrintInlining -XX:CICompilerCount=1

并且两个版本似乎生成相同的代码。那么，热点是否使用了一些我无法在代码中使用的预先计算的优化呢？我一直都知道他们不知道。是什么解释了这种差异？

— 科恩·亨德里克斯
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有趣。1.结果是否一致（或只是幸运的随机数）？2.您可以在预热JVM之后尝试吗？3.您是否可以消除随机因素，并为两个测试提供相同的数据集作为输入？

— Jigar Joshi

您是否尝试使用JMH openjdk.java.net/projects/code-tools/jmh运行基准测试？手动正确地进行测量（预热以及所有这些东西）并不容易。

— Roman Puchkovskiy

是的，这是非常一致的。如果我让它运行10分钟，我仍然会得到相同的区别。固定的随机种子可确保两次运行均获得相同的数据集。

— 科恩·亨德里克斯

以防万一，您可能仍需要JMH。并且您应该将修改后的BigInteger放在某个地方，以便人们可以重现您的测试并验证您是否在运行自己认为正在运行的内容。

— pvg

Answers:

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是的，HotSpot JVM有点“作弊”，因为它具有某些BigInteger方法的特殊版本，您无法在Java代码中找到它们。这些方法称为JVM内部函数。

特别BigInteger.multiplyToLen是HotSpot中的一种内部方法。在JVM源代码库中有一个特殊的手工编码程序集实现，但仅适用于x86-64体系结构。

您可以禁用此instrinsic -XX:-UseMultiplyToLenIntrinsic选项，以强制JVM使用纯Java实现。在这种情况下，性能将类似于复制代码的性能。

PS这是一个其他HotSpot内部方法列表。

— 脂蛋白
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在Java 8中，这确实是一个固有的方法。该方法的略微修改版本：

 private static BigInteger test() {

    Random r = new Random(1);
    BigInteger c = null;
    for (int i = 0; i < 400000; i++) {
        int s1 = 400, s2 = 400;
        BigInteger a = new BigInteger(s1 * 8, r), b = new BigInteger(s2 * 8, r);
        c = a.multiply(b);
    }
    return c;
}

使用以下命令运行它：

 java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions  
      -XX:+PrintInlining 
      -XX:+PrintIntrinsics 
      -XX:CICompilerCount=2 
      -XX:+PrintCompilation   
       <YourClassName>

这将打印很多行，其中之一将是：

 java.math.BigInteger::multiplyToLen (216 bytes)   (intrinsic)

另一方面，在Java 9中，该方法似乎不再是内部函数，而是依次调用了内部函数：

 @HotSpotIntrinsicCandidate
 private static int[] implMultiplyToLen

因此，在Java 9下运行相同的代码（具有相同的参数）将显示：

java.math.BigInteger::implMultiplyToLen (216 bytes)   (intrinsic)

下面是该方法的相同代码-命名略有不同。

— 尤金
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