用System.currentTimeMillis() 竟然遇到性能問(wèn)題，有點(diǎn)不相信~

點(diǎn)擊關(guān)注公眾號(hào)，Java干貨及時(shí)送達(dá)

Java API，廣泛地用來(lái)獲取時(shí)間戳或測(cè)量代碼執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)等，在我們的印象中應(yīng)該快如閃電。但實(shí)際上在并發(fā)調(diào)用或者特別頻繁調(diào)用它的情況下（比如一個(gè)業(yè)務(wù)繁忙的接口，或者吞吐量大的需要取得時(shí)間戳的流式程序），其性能表現(xiàn)會(huì)令人大跌眼鏡。

直接看下面的Demo

public class CurrentTimeMillisPerfDemo {
    private static final int COUNT = 100;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        long beginTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            System.currentTimeMillis();
        }

        long elapsedTime = System.nanoTime() - beginTime;
        System.out.println("100 System.currentTimeMillis() serial calls: " + elapsedTime + " ns");

        CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch endLatch = new CountDownLatch(COUNT);
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    startLatch.await();
                    System.currentTimeMillis();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    endLatch.countDown();
                }
            }).start();
        }

        beginTime = System.nanoTime();
        startLatch.countDown();
        endLatch.await();
        elapsedTime = System.nanoTime() - beginTime;
        System.out.println("100 System.currentTimeMillis() parallel calls: " + elapsedTime + " ns");
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下圖。

可見(jiàn)，并發(fā)調(diào)用System.currentTimeMillis()一百次，耗費(fèi)的時(shí)間是單線程調(diào)用一百次的250倍。如果單線程的調(diào)用頻次增加（比如達(dá)到每毫秒數(shù)次的地步），也會(huì)觀察到類似的情況。實(shí)際上在極端情況下，System.currentTimeMillis()的耗時(shí)甚至?xí)葎?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象實(shí)例還要多，看官可以自行將上面線程中的語(yǔ)句換成new HashMap<>之類的試試看。

為什么會(huì)這樣呢？來(lái)到HotSpot源碼的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp文件中，有一個(gè)javaTimeMillis()方法，這就是System.currentTimeMillis()的native實(shí)現(xiàn)。

jlong os::javaTimeMillis() {
  timeval time;
  int status = gettimeofday(&time, NULL);
  assert(status != -1, "linux error");
  return jlong(time.tv_sec) * 1000  +  jlong(time.tv_usec / 1000);
}

挖源碼就到此為止，因?yàn)橐呀?jīng)有國(guó)外大佬深入到了匯編的級(jí)別來(lái)探究，詳情可以參見(jiàn)《The Slow currentTimeMillis()》這篇文章，我就不班門(mén)弄斧了。

http://pzemtsov.github.io/2017/07/23/the-slow-currenttimemillis.html

簡(jiǎn)單來(lái)講就是：

• 調(diào)用gettimeofday()需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)；
• gettimeofday()的表現(xiàn)受Linux系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器（時(shí)鐘源）影響，在HPET計(jì)時(shí)器下性能尤其差；
• 系統(tǒng)只有一個(gè)全局時(shí)鐘源，高并發(fā)或頻繁訪問(wèn)會(huì)造成嚴(yán)重的爭(zhēng)用。

HPET計(jì)時(shí)器性能較差的原因是會(huì)將所有對(duì)時(shí)間戳的請(qǐng)求串行執(zhí)行。TSC計(jì)時(shí)器性能較好，因?yàn)橛袑Ｓ玫募拇嫫鱽?lái)保存時(shí)間戳。缺點(diǎn)是可能不穩(wěn)定，因?yàn)樗羌冇布挠?jì)時(shí)器，頻率可變（與處理器的CLK信號(hào)有關(guān)）。

另外，可以用以下的命令查看和修改時(shí)鐘源。

~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource
tsc hpet acpi_pm
~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource
tsc
~ echo 'hpet' > /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource

如何解決這個(gè)問(wèn)題？最常見(jiàn)的辦法是用單個(gè)調(diào)度線程來(lái)按毫秒更新時(shí)間戳，相當(dāng)于維護(hù)一個(gè)全局緩存。其他線程取時(shí)間戳?xí)r相當(dāng)于從內(nèi)存取，不會(huì)再造成時(shí)鐘資源的爭(zhēng)用，代價(jià)就是犧牲了一些精確度。具體代碼如下。

public class CurrentTimeMillisClock {
    private volatile long now;

    private CurrentTimeMillisClock() {
        this.now = System.currentTimeMillis();
        scheduleTick();
    }

    private void scheduleTick() {
        new ScheduledThreadPoolExecutor(1, runnable -> {
            Thread thread = new Thread(runnable, "current-time-millis");
            thread.setDaemon(true);
            return thread;
        }).scheduleAtFixedRate(() -> {
            now = System.currentTimeMillis();
        }, 1, 1, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    public long now() {
        return now;
    }
    
    public static CurrentTimeMillisClock getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final CurrentTimeMillisClock INSTANCE = new CurrentTimeMillisClock();
    }
}

使用的時(shí)候，直接CurrentTimeMillisClock.getInstance().now()就可以了。不過(guò)，在System.currentTimeMillis()的效率沒(méi)有影響程序整體的效率時(shí)，就不必忙著做優(yōu)化，這只是為極端情況準(zhǔn)備的。