1.什么是內(nèi)置？

內(nèi)置函數(shù)是由我們的編程語(yǔ)言的編譯器或解釋器進(jìn)行特殊處理的函數(shù)。更具體地說(shuō)，這是一種特殊情況，因?yàn)楦鞣N原因，編譯器或解釋器可以用替代實(shí)現(xiàn)替換函數(shù)。

編程語(yǔ)言通常通過(guò)理解一個(gè)特定的方法調(diào)用是特殊的來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題，無(wú)論何時(shí)我們調(diào)用這個(gè)方法，結(jié)果都是不同的。這樣一來(lái)，我們的代碼看起來(lái)與正常代碼沒(méi)有什么不同，但編程語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)可以在特殊情況下進(jìn)行干預(yù)，以提供額外的好處。

它的具體工作方式因編程語(yǔ)言、操作系統(tǒng)和硬件而異。然而，由于這些都是為我們處理的，我們通常不需要知道這些細(xì)節(jié)中的任何一個(gè)。

本質(zhì)可以帶來(lái)各種好處。用本機(jī)代碼替換特定算法可以使它們性能更好，甚至可以利用操作系統(tǒng)的特定功能或底層硬件。

2.JVM上的內(nèi)置函數(shù)

JVM通過(guò)用替代版本替換精確類(lèi)上的精確方法調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)置函數(shù)。JVM自己處理這個(gè)問(wèn)題，所以它只適用于核心類(lèi)和特定的體系結(jié)構(gòu)。它還只允許交換某些方法，而不是整個(gè)類(lèi)。

具體的工作方式在JVM之間會(huì)有所不同。這不僅包括JVM的不同版本，例如Java 8和Java 11。這還包括不同的JVM目標(biāo)——例如Linux和Windows——尤其是JVM供應(yīng)商——Oracle和IBM。在某些情況下，傳遞給JVM的某些命令行標(biāo)志可能會(huì)影響它們。

這種多樣性意味著無(wú)法僅基于應(yīng)用程序來(lái)確定哪些方法將被內(nèi)置方法替換，哪些不會(huì)。這將根據(jù)運(yùn)行應(yīng)用程序的JVM而有所不同。但在某些情況下，這可能會(huì)導(dǎo)致令人驚訝的結(jié)果——包括通過(guò)簡(jiǎn)單地更改所使用的JVM而獲得的顯著性能優(yōu)勢(shì)。

3.性能收益

intrinsic通常用于實(shí)現(xiàn)同一代碼的更高效版本，例如，通過(guò)利用正在運(yùn)行的OS或CPU的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。有時(shí)這是因?yàn)樗梢允褂酶咝У膶?shí)現(xiàn)，而有時(shí)它可以使用特定于硬件的功能。

例如：HotSpot JDK對(duì)java中的許多方法都有一個(gè)內(nèi)在的實(shí)現(xiàn)java.lang.Math。根據(jù)具體的JVM，它們可能使用CPU指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，以完成所需的精確計(jì)算。

一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試將證明這一點(diǎn)。例如，以java.lang.Math.sqrt()為例。

我們可以編寫(xiě)一個(gè)測(cè)試：

for (int a = 0; a < 100000; ++a) {
? ? double result = Math.sqrt(a);
}

此測(cè)試將執(zhí)行100000次平方根運(yùn)算，大約需要123ms。但是，如果我們用Math實(shí)現(xiàn)的副本替換這段代碼。Math.sqrt()：

double result = StrictMath.sqrt(a);

這段代碼執(zhí)行同樣的操作，但執(zhí)行時(shí)間為166ms。通過(guò)復(fù)制實(shí)現(xiàn)，而不是允許JVM用內(nèi)部版本替換它，這將增加35%。

4.不可能的實(shí)現(xiàn)

在其他情況下，intrinsic用于代碼無(wú)法在Java中實(shí)現(xiàn)的情況。這些通常是為非常低級(jí)的情況保留的。

例如，讓我們看看java.lang.Thread線(xiàn)程類(lèi)中的onSpinWait（）方法。此方法表示此線(xiàn)程當(dāng)前未執(zhí)行任何工作，并且可以將CPU時(shí)間分配給另一個(gè)線(xiàn)程。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它需要在盡可能低的水平上工作。

HotSpot JDK for x86體系結(jié)構(gòu)使用PAUSE操作碼直接在CPU上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的唯一其他方法是使用對(duì)本機(jī)代碼的JNI調(diào)用，而這其中涉及的開(kāi)銷(xiāo)首先會(huì)抵消調(diào)用的好處。

5.識(shí)別Java中的Intrinsics語(yǔ)言

不幸的是，沒(méi)有確定的方法來(lái)識(shí)別可能被內(nèi)在版本取代的方法。這是因?yàn)椴煌腏VM，甚至是不同平臺(tái)上的同一個(gè)JVM，會(huì)為不同的方法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

但是，從Java 9開(kāi)始使用HotSpotJVM時(shí)，所有可能被替換的方法都會(huì)使用@HotSpotInTrensicAndidate注釋。添加此注釋不會(huì)自動(dòng)導(dǎo)致方法被替換。實(shí)際上，這種情況發(fā)生在底層JVM中。相反，JVM開(kāi)發(fā)人員知道這些方法是特殊的，需要小心使用。

如果其他JVM被識(shí)別出來(lái)，它們可能會(huì)以不同的方式處理這個(gè)問(wèn)題。這包括Java8或更早版本中的Hotspot JVM。

6.總結(jié)

我們無(wú)法編寫(xiě)依賴(lài)于內(nèi)置函數(shù)存在的程序，因?yàn)闊o(wú)法知道它們是否在運(yùn)行時(shí)JVM上可用。然而，它們是JVM可以用來(lái)改進(jìn)程序工作方式的一種引人注目的方法。

這些內(nèi)在特性可以——而且經(jīng)常被——添加到新版本的JVM中。因此，只需升級(jí)我們正在運(yùn)行的JVM，就可以改進(jìn)我們已經(jīng)運(yùn)行的代碼，所以這是確保我們保持依賴(lài)項(xiàng)和運(yùn)行時(shí)最新的另一個(gè)原因。

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