System.currentTimeMillis的性能真有如此不堪嗎？

疑惑，System.currentTimeMillis真有性能問題？

最近我在研究一款中間件的源代碼時，發(fā)現(xiàn)它獲取當(dāng)前時間不是通過System.currentTimeMillis，而是通過自定義的System.currentTimeMillis的緩存類（見下方），難道System.currentTimeMillis的性能如此不堪嗎？竟然要通過自定義的緩存時鐘取而代之？

/**
?*?弱精度的計時器，考慮性能不使用同步策略。
?*?
?*?@author?mycat
?*/
public?class?TimeUtil?{
????//當(dāng)前毫秒數(shù)的緩存
????private?static?volatile?long?CURRENT_TIME?=?System.currentTimeMillis();

????public?static?final?long?currentTimeMillis()?{?return?CURRENT_TIME;?}
????public?static?final?long?currentTimeNanos()?{?return?System.nanoTime();?}
?//更新緩存
????public?static?final?void?update()?{?CURRENT_TIME?=?System.currentTimeMillis();?}

}
//使用定時任務(wù)調(diào)度線程池，定期（每1s）調(diào)用update方法更新緩存時鐘
heartbeatScheduler.scheduleAtFixedRate(processorCheck(),?0L,?1000,?TimeUnit.MILLISECONDS);

為了跟緊時代潮流，跟上性能優(yōu)化“大師”們的步伐，我趕緊上網(wǎng)搜了一下“currentTimeMillis性能”，結(jié)果10個搜索結(jié)果里面有9個是關(guān)于system.currentTimeMillis性能問題的：

點開一看，這個說System.currentTimeMillis 比 new一個普通對象耗時還要高100倍左右，那個又拿出測試記錄說System.currentTimeMillis并發(fā)情況下耗時比單線程調(diào)用高250倍

思索，System.currentTimeMillis有什么性能問題

看到這里，我恨不得馬上打開IDEA，把代碼里所有System.currentTimeMillis都給換掉，但是作為一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦騿T，怎么能隨波逐流，人云亦云呢？于是我仔細(xì)地拜讀了這些文章，總結(jié)了他們的觀點：

• System.currentTimeMillis要訪問系統(tǒng)時鐘，這屬于臨界區(qū)資源，并發(fā)情況下必然導(dǎo)致多線程的爭用
• System.currentTimeMillis()之所以慢是因為去跟系統(tǒng)打了一次交道
• 我有測試記錄，并發(fā)耗時就是比單線程高250倍！

但我細(xì)品一番，發(fā)現(xiàn)這些觀點充滿了漏洞：

1. System.currentTimeMillis 確實要訪問系統(tǒng)時鐘，準(zhǔn)確的說，是讀取墻上時間（xtime），xtime是Linux系統(tǒng)給用戶空間用來獲取當(dāng)前時間的，內(nèi)核自己基本不會使用，只是維護更新。而且讀寫xtime使用的是Linux內(nèi)核中的順序鎖，而非互斥鎖，讀線程間是互不影響的

   大家可以把順序鎖當(dāng)成是解決了“ABA問題”的CompareAndSwap鎖。對于一個臨界區(qū)資源（這里是xtime），有一個操作序列號，寫操作會使序列號+1，讀操作則不會。

   寫操作：CAS使序列號+1

   讀操作：先獲取序列號，讀取數(shù)據(jù)，再獲取一次序列號，前后兩次獲取的序列號相同，則證明進行讀操作時沒有寫操作干擾，那么這次讀是有效的，返回數(shù)據(jù)，否則說明讀的時侯可能數(shù)據(jù)被更改了，這次讀無效，重新做讀操作。

   大家可能有個疑問：讀xtime的時候數(shù)據(jù)可能被更改嗎？難度讀操作不是原子性的嗎？這是因為xtime是64位的，對于32位機器是需要分兩次讀的，而64位機器不會產(chǎn)生這個并發(fā)的問題。

2. 跟系統(tǒng)打了一次交道，確實，用戶進程必須進入內(nèi)核態(tài)才能訪問系統(tǒng)資源，但是，new一個對象，分配內(nèi)存也屬于系統(tǒng)調(diào)用，也要進內(nèi)核態(tài)跟系統(tǒng)打交道，難道只是讀一下系統(tǒng)的墻上時間，會比移動內(nèi)存指針，初始化內(nèi)存的耗時還要高100倍嗎？匪夷所思

3. 至于所謂的測試記錄，給大家看一下他的測試代碼：

   

   這個測試代碼的問題在于閉鎖endLatch.countDown的耗時也被算進總體耗時了，閉鎖是基于CAS實現(xiàn)的，在當(dāng)前這樣的計算密集型場景下，大量線程一擁而上，幾乎都會因CAS失敗而被掛起，大量線程掛起、排隊、放下的耗時可不是小數(shù)目。其次使用這種方法（執(zhí)行開始到執(zhí)行完畢）來對比并發(fā)和單線程的調(diào)用耗時也有問題，單線程怎么和多線程比總的執(zhí)行時間？能比的應(yīng)該是每次調(diào)用的耗時之和才對（見下）

   long?begin?=?System.nanoTime();
   //單次調(diào)用System.currrentTimeMillis()
   long?end?=?System.nanoTime();
   sum?+=?end?-?begin;
   

   記錄每次調(diào)用的總耗時，這種方法雖然會把System.nanoTime()也算進總耗時里，但因為不論并發(fā)測試還是單線程測試都會記錄System.nanoTime()，不會導(dǎo)致測試的不公平

數(shù)據(jù)說話，System.currentTimeMillis的性能沒有問題

通過改進測試代碼（測試代碼見文末），并添加了優(yōu)化“大師”們的緩存時鐘做對比，我得到了以下數(shù)據(jù)：

System代表 System.currentTimeMillis

緩存時鐘代表 使用靜態(tài)成員變量做System.currentTimeMillis緩存的時鐘類

200線程-Tomcat的默認(rèn)線程數(shù)

使用JMH（Java基準(zhǔn)測試框架）的測試結(jié)果

JMH按照推薦使用了雙倍CPU的線程數(shù)（8線程），統(tǒng)計的是平均時間，測試代碼見文末

測試結(jié)果分析

可以看到System.currentTimeMillis并發(fā)性能并不算差，在次數(shù)較少（短期并發(fā)調(diào)用）的情況下甚至比單線程要強很多，而在單線程調(diào)用時效率也要比緩存時鐘要高一倍左右。實際環(huán)境中幾乎是達(dá)不到上述測試中的多線程長時間并發(fā)調(diào)用System.currentTimeMillis這樣的情況的，因而我認(rèn)為沒有必要對System.currentTimeMillis做所謂的“優(yōu)化”

這里沒有做“new一個對象”的測試，是因為并不是代碼里寫了new Object()，JVM就會真的會給你在堆內(nèi)存里new一個對象。這是JVM的一個編譯優(yōu)化——逃逸分析：先分析要創(chuàng)建的對象的作用域，如果這個對象只在一個method里有效（局部變量對象），則屬于未 方法逃逸，不去實際創(chuàng)建對象，而是你在method里調(diào)了對象的哪個方法，就把這個方法的代碼塊內(nèi)聯(lián)進來。只在線程內(nèi)有效則屬于未 線程逃逸，會創(chuàng)建對象，但會自動消除我們做的無用的同步措施。

最后

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行

想要學(xué)習(xí)JMH，請跟著GitHub官方文檔走，別人的博客可能跑不通就搬上去了，筆者也是剛剛踩過了這個坑

最后奉上我的測試代碼

測試代碼：

public?class?CurrentTimeMillisTest?{

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????int?num?=?10000000;
????????System.out.print("單線程"+num+"次System.currentTimeMillis調(diào)用總耗時：????");
????????System.out.println(singleThreadTest(()?->?{
????????????long?l?=?System.currentTimeMillis();
????????},num));
????????System.out.print("單線程"+num+"次CacheClock.currentTimeMillis調(diào)用總耗時：");
????????System.out.println(singleThreadTest(()?->?{
????????????long?l?=?CacheClock.currentTimeMillis();
????????},num));
????????System.out.print("并發(fā)"+num+"次System.currentTimeMillis調(diào)用總耗時：??????");
????????System.out.println(concurrentTest(()?->?{
????????????long?l?=?System.currentTimeMillis();
????????},num));
????????System.out.print("并發(fā)"+num+"次CacheClock.currentTimeMillis調(diào)用總耗時：??");
????????System.out.println(concurrentTest(()?->?{
????????????long?l?=?CacheClock.currentTimeMillis();
????????},num));
????}



????/**
?????*?單線程測試
?????*?@return
?????*/
????private?static?long?singleThreadTest(Runnable?runnable,int?num)?{
????????long?sum?=?0;
????????for?(int?i?=?0;?i?????????????long?begin?=?System.nanoTime();
????????????runnable.run();
????????????long?end?=?System.nanoTime();
????????????sum?+=?end?-?begin;
????????}
????????return?sum;
????}

????/**
?????*?并發(fā)測試
?????*?@return
?????*/
????private?static?long?concurrentTest(Runnable?runnable,int?num)?{
????????ThreadPoolExecutor?threadPoolExecutor?=?new?ThreadPoolExecutor(200,200,60,?TimeUnit.SECONDS,new?LinkedBlockingQueue<>(num));
????????long[]?sum?=?new?long[]{0};
????????//閉鎖基于CAS實現(xiàn)，并不適合當(dāng)前的計算密集型場景，可能導(dǎo)致等待時間較長
????????CountDownLatch?countDownLatch?=?new?CountDownLatch(num);
????????for?(int?i?=?0;?i?????????????threadPoolExecutor.submit(()?->?{
????????????????long?begin?=?System.nanoTime();
????????????????runnable.run();
????????????????long?end?=?System.nanoTime();
????????????????//計算復(fù)雜型場景更適合使用悲觀鎖
????????????????synchronized(CurrentTimeMillisTest.class)?{
????????????????????sum[0]?+=?end?-?begin;
????????????????}
????????????????countDownLatch.countDown();
????????????});
????????}
????????try?{
????????????countDownLatch.await();
????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????????return?sum[0];
????}


????/**
?????*?緩存時鐘，緩存System.currentTimeMillis()的值，每隔20ms更新一次
?????*/
????public?static?class?CacheClock{
????????//定時任務(wù)調(diào)度線程池
????????private?static?ScheduledExecutorService?timer?=?new?ScheduledThreadPoolExecutor(1);
????????//毫秒緩存
????????private?static?volatile?long?timeMilis;??????
????????static?{
????????????//每秒更新毫秒緩存
????????????timer.scheduleAtFixedRate(new?Runnable()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?run()?{
????????????????????timeMilis?=?System.currentTimeMillis();
????????????????}
????????????},0,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
????????}
????????
????????public?static?long?currentTimeMillis()?{
????????????return?timeMilis;
????????}
????}
}

使用JMH的測試代碼：

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
//120輪預(yù)熱，充分利用JIT的編譯優(yōu)化技術(shù)
@Warmup(iterations?=?120,time?=?1,timeUnit?=?TimeUnit.MILLISECONDS)
@Measurement(time?=?1,timeUnit?=?TimeUnit.MICROSECONDS)
//線程數(shù)：CPU*2（計算復(fù)雜型，也有CPU+1的說法）
@Threads(8)
@Fork(1)
@State(Scope.Benchmark)
public?class?JMHTest?{

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?RunnerException?{
????????testNTime(10000);
????}

????private?static?void?testNTime(int?num)?throws?RunnerException?{
????????Options?options?=?new?OptionsBuilder()
????????????????.include(JMHTest.class.getSimpleName())
????????????????.measurementIterations(num)
????????????????.output("E://testRecord.log")
????????????????.build();
????????new?Runner(options).run();
????}


????/**
?????*?System.currentMillisTime測試
?????*?@return?將結(jié)果返回是為了防止死碼消除（編譯器將?無引用的變量?當(dāng)成無用代碼優(yōu)化掉）
?????*/
????@Benchmark
????public?long?testSystem()?{
????????return?System.currentTimeMillis();
????}

????/**
?????*?緩存時鐘測試
?????*?@return
?????*/
????@Benchmark
????public?long?testCacheClock()?{
????????return?JMHTest.CacheClock.currentTimeMillis();
????}

????/**
?????*?緩存時鐘，緩存System.currentTimeMillis()的值，每隔1s更新一次
?????*/
????public?static?class?CacheClock{
????????private?static?ScheduledExecutorService?timer?=?new?ScheduledThreadPoolExecutor(1);
????????private?static?volatile?long?timeMilis;
????????static?{
????????????timer.scheduleAtFixedRate(new?Runnable()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?run()?{
????????????????????timeMilis?=?System.currentTimeMillis();
????????????????}
????????????},0,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
????????}
????????public?static?long?currentTimeMillis()?{
????????????return?timeMilis;
????????}
????}
}