JVM系列之:JIT中的Virtual Call
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簡介
什麼是Virtual Call？Virtual Call在java中的實現是怎麼樣的？Virtual Call在JIT中有沒有優化？
所有的答案看完這篇文章就明白了。
Virtual Call和它的本質
有用過PrintAssembly的朋友，可能會在反編譯的彙編程式碼中發現有些方法呼叫的說明是invokevirtual，實際上這個invokevirtual就是Virtual Call。
Virtual Call是什麼呢？
面向物件的程式語言基本上都支援方法的重寫，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。然後我們通一個方法來呼叫他們：
public static void doWithVMethod(CustObj obj)
{
obj.methodCall();
}
因為doWithVMethod的引數型別是CustObj，但是我們同樣也可以傳一個CustObj2物件給doWithVMethod。
怎麼傳遞這個引數是在執行時決定的，我們很難在編譯的時候判斷到底該如何執行。
那麼JVM會怎麼處理這個問題呢？
答案就是引入VMT(Virtual Method Table)，這個VMT儲存的是該class物件中所有的Virtual Method。
然後class的例項物件儲存著一個VMT的指標，執行VMT。
程式執行的時候首先載入例項物件，然後通過例項物件找到VMT，通過VMT再找到對應的方法地址。
Virtual Call和classic call
Virtual Call意思是呼叫方法的時候需要依賴不同的例項物件。而classic call就是直接指向方法的地址，而不需要通過VMT表的轉換。
所以classic call通常會比Virtual Call要快。
那麼在java中是什麼情況呢？
在java中除了static, private和建構函式之外，其他的預設都是Virtual Call。
Virtual Call優化單實現方法的例子
有些朋友可能會有疑問了，java中其他方法預設都是Virtual Call，那麼如果只有一個方法的實現，效能不會受影響嗎？
不用怕，JIT足夠智慧，可以檢測到這種情況，在這種情況下JIT會對Virtual Call進行優化。
接下來，我們使用JIT Watcher來進行Assembly程式碼的分析。
要執行的程式碼如下：
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。
在JIT Watcher的配置中，我們禁用inline,以免inline的結果對我們的分析進行干擾。
如果你不想使用JIT Watcher,那麼可以在執行是新增引數-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:-Inline， 這裡使用JIT Watcher是為了方便分析。
好了執行程式碼：
執行完畢，介面直接定位到我們的JIT編譯程式碼的部分，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，和它對應的彙編程式碼我也在最右邊標明瞭。
大家可以看到在invokevirtual methodCall的最下面，已經寫明瞭optimized virtual_call,表示這個方法已經被JIT優化過了。
接下來，我們開啟inline選項，再執行一次：
大家可以看到methodCall中的System.currentTimeMillis已經被內聯到methodCall中了。
因為內聯只會發生在classic calls中，所以也側面說明了methodCall方法已經被優化了。
Virtual Call優化多實現方法的例子
上面我們講了一個方法的實現，現在我們測試一下兩個方法的實現：
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。
再次執行看下結果，同樣的，我們還是禁用inline。
大家可以看到結果中，首先對兩個物件做了cmp，然後出現了兩個優化過的virtual call。
這裡比較的作用就是找到兩個例項物件中的方法地址，從而進行優化。
那麼問題來了，兩個物件可以優化，三個物件，四個物件呢？
我們選擇三個物件來進行分析：
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!");
}
}
}
}
執行程式碼，結果如下：
很遺憾，程式碼並沒有進行優化。
具體未進行優化的原因我也不清楚，猜想可能跟code cache的大小有關？ 有知道的朋友可以告訴我。
總結
本文介紹了Virtual Call和它在java程式碼中的使用，並在組合語言的角度對其進行了一定程度的分析，有不對的地方還請大家不吝指教！
本文作者：flydean程式那些事
本文連結：http://www.flydean.com/jvm-virtual-call/
本文來源：flydean的部落格
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