淺談JVM系列之JIT中的Virtual Call

更新時間：2021年06月03日 08:53:21 作者：flydean

什么是Virtual Call？Virtual Call在java中的實現(xiàn)是怎么樣的？Virtual Call在JIT中有沒有優(yōu)化？所有的答案看完這篇文章就明白了。

Virtual Call和它的本質(zhì)

有用過PrintAssembly的朋友，可能會在反編譯的匯編代碼中發(fā)現(xiàn)有些方法調(diào)用的說明是invokevirtual，實際上這個invokevirtual就是Virtual Call。

Virtual Call是什么呢？

面向?qū)ο蟮木幊陶Z言基本上都支持方法的重寫，我們考慮下面的情況：

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!");
        }
    }
}

我們定義了兩個類，CustObj是父類CustObj2是子類。然后我們通一個方法來調(diào)用他們：

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

因為doWithVMethod的參數(shù)類型是CustObj，但是我們同樣也可以傳一個CustObj2對象給doWithVMethod。

怎么傳遞這個參數(shù)是在運行時決定的，我們很難在編譯的時候判斷到底該如何執(zhí)行。

那么JVM會怎么處理這個問題呢？

答案就是引入VMT(Virtual Method Table)，這個VMT存儲的是該class對象中所有的Virtual Method。

然后class的實例對象保存著一個VMT的指針，執(zhí)行VMT。

程序運行的時候首先加載實例對象，然后通過實例對象找到VMT，通過VMT再找到對應(yīng)的方法地址。

Virtual Call和classic call

Virtual Call意思是調(diào)用方法的時候需要依賴不同的實例對象。而classic call就是直接指向方法的地址，而不需要通過VMT表的轉(zhuǎn)換。

所以classic call通常會比Virtual Call要快。

那么在java中是什么情況呢？

在java中除了static, private和構(gòu)造函數(shù)之外，其他的默認(rèn)都是Virtual Call。

Virtual Call優(yōu)化單實現(xiàn)方法的例子

有些朋友可能會有疑問了，java中其他方法默認(rèn)都是Virtual Call，那么如果只有一個方法的實現(xiàn)，性能不會受影響嗎？

不用怕，JIT足夠智能，可以檢測到這種情況，在這種情況下JIT會對Virtual Call進(jìn)行優(yōu)化。

接下來，我們使用JIT Watcher來進(jìn)行Assembly代碼的分析。

要運行的代碼如下：

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!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我們只定義了一個類的方法實現(xiàn)。

在JIT Watcher的配置中，我們禁用inline,以免inline的結(jié)果對我們的分析進(jìn)行干擾。

如果你不想使用JIT Watcher,那么可以在運行是添加參數(shù)-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:-Inline，這里使用JIT Watcher是為了方便分析。

好了運行代碼：

運行完畢，界面直接定位到我們的JIT編譯代碼的部分，如下圖所示：

obj.methodCall相對應(yīng)的byteCode中，大家可以看到第二行就是invokevirtual，和它對應(yīng)的匯編代碼我也在最右邊標(biāo)明了。

大家可以看到在invokevirtual methodCall的最下面，已經(jīng)寫明了optimized virtual_call,表示這個方法已經(jīng)被JIT優(yōu)化過了。

接下來，我們開啟inline選項，再運行一次：

大家可以看到methodCall中的System.currentTimeMillis已經(jīng)被內(nèi)聯(lián)到methodCall中了。

因為內(nèi)聯(lián)只會發(fā)生在classic calls中，所以也側(cè)面說明了methodCall方法已經(jīng)被優(yōu)化了。

Virtual Call優(yōu)化多實現(xiàn)方法的例子

上面我們講了一個方法的實現(xiàn)，現(xiàn)在我們測試一下兩個方法的實現(xiàn)：

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!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我們定義了兩個類CustObj和CustObj2。

再次運行看下結(jié)果，同樣的，我們還是禁用inline。

大家可以看到結(jié)果中，首先對兩個對象做了cmp，然后出現(xiàn)了兩個優(yōu)化過的virtual call。

這里比較的作用就是找到兩個實例對象中的方法地址，從而進(jìn)行優(yōu)化。

那么問題來了，兩個對象可以優(yōu)化，三個對象，四個對象呢？

我們選擇三個對象來進(jìn)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!");
            }
        }
    }
}

運行代碼，結(jié)果如下：