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JVM系列之:JIT中的Virtual Call

简介

什么是Virtual Call?Virtual Call在java中的实现是怎么样的?Virtual Call在JIT中有没有优化?

所有的答案看完这篇文章就明白了。

Virtual Call和它的本质

有用过PrintAssembly的朋友,可能会在反编译的汇编代码中发现有些方法调用的说明是invokevirtual,实际上这个invokevirtual就是Virtual Call。

Virtual Call是什么呢?

面向对象的编程语言基本上都支持方法的重写,我们考虑下面的情况:

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!");
            }
        }
    }

我们定义了两个类,CustObj是父类CustObj2是子类。然后我们通一个方法来调用他们:

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

因为doWithVMethod的参数类型是CustObj,但是我们同样也可以传一个CustObj2对象给doWithVMethod。

怎么传递这个参数是在运行时决定的,我们很难在编译的时候判断到底该如何执行。

那么JVM会怎么处理这个问题呢?

答案就是引入VMT(Virtual Method Table),这个VMT存储的是该class对象中所有的Virtual Method。

然后class的实例对象保存着一个VMT的指针,执行VMT。

程序运行的时候首先加载实例对象,然后通过实例对象找到VMT,通过VMT再找到对应的方法地址。

Virtual Call和classic call

Virtual Call意思是调用方法的时候需要依赖不同的实例对象。而classic call就是直接指向方法的地址,而不需要通过VMT表的转换。

所以classic call通常会比Virtual Call要快。

那么在java中是什么情况呢?

在java中除了static, private和构造函数之外,其他的默认都是Virtual Call。

Virtual Call优化单实现方法的例子

有些朋友可能会有疑问了,java中其他方法默认都是Virtual Call,那么如果只有一个方法的实现,性能不会受影响吗?

不用怕,JIT足够智能,可以检测到这种情况,在这种情况下JIT会对Virtual Call进行优化。

接下来,我们使用JIT Watcher来进行Assembly代码的分析。

要运行的代码如下:

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!");
            }
        }
    }}

上面的例子中我们只定义了一个类的方法实现。

在JIT Watcher的配置中,我们禁用inline,以免inline的结果对我们的分析进行干扰。

如果你不想使用JIT Watcher,那么可以在运行是添加参数-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:-Inline, 这里使用JIT Watcher是为了方便分析。

好了运行代码:

运行完毕,界面直接定位到我们的JIT编译代码的部分,如下图所示:

obj.methodCall相对应的byteCode中,大家可以看到第二行就是invokevirtual,和它对应的汇编代码我也在最右边标明了。

大家可以看到在invokevirtual methodCall的最下面,已经写明了optimized virtual_call,表示这个方法已经被JIT优化过了。

接下来,我们开启inline选项,再运行一次:

大家可以看到methodCall中的System.currentTimeMillis已经被内联到methodCall中了。

因为内联只会发生在classic calls中,所以也侧面说明了methodCall方法已经被优化了。

Virtual Call优化多实现方法的例子

上面我们讲了一个方法的实现,现在我们测试一下两个方法的实现:

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!");
            }
        }
    }}

上面的例子中我们定义了两个类CustObj和CustObj2。

再次运行看下结果,同样的,我们还是禁用inline。

大家可以看到结果中,首先对两个对象做了cmp,然后出现了两个优化过的virtual call。

这里比较的作用就是找到两个实例对象中的方法地址,从而进行优化。

那么问题来了,两个对象可以优化,三个对象,四个对象呢?

我们选择三个对象来进行分析:

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!");
            }
        }
    }}

运行代码,结果如下:

很遗憾,代码并没有进行优化。

具体未进行优化的原因我也不清楚,猜想可能跟code cache的大小有关?有知道的朋友可以告诉我。

总结

本文介绍了Virtual Call和它在java代码中的使用,并在汇编语言的角度对其进行了一定程度的分析,有不对的地方还请大家不吝指教!

本文分享自微信公众号 - 程序那些事(flydean-tech),作者:flydean

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原始发表时间:2020-08-01

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