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          不敢相信?System.currentTimeMillis() 存在性能問題

          共 1816字,需瀏覽 4分鐘

           ·

          2020-11-24 05:05

          程序員的成長之路
          互聯(lián)網(wǎng)/程序員/技術(shù)/資料共享?
          關(guān)注


          閱讀本文大概需要 3 分鐘。

          來自:jianshu.com/p/d2039190b1cb

          System.currentTimeMillis()是極其常用的基礎(chǔ)Java API,廣泛地用來獲取時間戳或測量代碼執(zhí)行時長等,在我們的印象中應(yīng)該快如閃電。
          但實際上在并發(fā)調(diào)用或者特別頻繁調(diào)用它的情況下(比如一個業(yè)務(wù)繁忙的接口,或者吞吐量大的需要取得時間戳的流式程序),其性能表現(xiàn)會令人大跌眼鏡。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?????????????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?????????????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,并發(fā)調(diào)用System.currentTimeMillis()一百次,耗費的時間是單線程調(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),也會觀察到類似的情況。
          實際上在極端情況下,System.currentTimeMillis()的耗時甚至?xí)葎?chuàng)建一個簡單的對象實例還要多,看官可以自行將上面線程中的語句換成new HashMap<>之類的試試看。
          為什么會這樣呢?來到HotSpot源碼的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp文件中,有一個javaTimeMillis()方法,這就是System.currentTimeMillis()的native實現(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,因為已經(jīng)有國外大佬深入到了匯編的級別來探究,詳情可以參見《The Slow currentTimeMillis()》這篇文章,我就不班門弄斧了。簡單來講就是:
          • 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)的計時器(時鐘源)影響,在HPET計時器下性能尤其差;
          • 系統(tǒng)只有一個全局時鐘源,高并發(fā)或頻繁訪問會造成嚴(yán)重的爭用。
          HPET計時器性能較差的原因是會將所有對時間戳的請求串行執(zhí)行。TSC計時器性能較好,因為有專用的寄存器來保存時間戳。缺點是可能不穩(wěn)定,因為它是純硬件的計時器,頻率可變(與處理器的CLK信號有關(guān))。
          關(guān)于HPET和TSC的細(xì)節(jié)可以參見https://en.wikipedia.org/wiki/High_Precision_Event_Timer與https://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter。
          另外,可以用以下的命令查看和修改時鐘源。

          ~?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

          如何解決這個問題?最常見的辦法是用單個調(diào)度線程來按毫秒更新時間戳,相當(dāng)于維護(hù)一個全局緩存。其他線程取時間戳?xí)r相當(dāng)于從內(nèi)存取,不會再造成時鐘資源的爭用,代價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();
          ????}
          }

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

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