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進行優(yōu)化。

接下來，我們使用JIT Watcher來進行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相對應的byteCode中，大家可以看到第二行就是invokevirtual，和它對應的匯編代碼我也在最右邊標明了。

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：