簡介
之前在講JIT的時候，有提到在編譯過程中的兩種優化循環展開和粗化鎖，今天我們和小師妹一起從Assembly的角度來驗證一下這兩種編譯優化方法，快來看看吧。
循環展開和粗化鎖
小師妹:F師兄，上次你講到在JIT編譯的過程中會進行一些編譯上面的優化，其中就有循環展開和粗化鎖。我對這兩種優化方式很感興趣，能不能展開講解一下呢？
當然可以，我們先來回顧一下什么是循環展開。
更多精彩內容且看：
- 區塊鏈從入門到放棄系列教程-涵蓋密碼學,超級賬本,以太坊,Libra,比特幣等持續更新
- Spring Boot 2.X系列教程:七天從無到有掌握Spring Boot-持續更新
- Spring 5.X系列教程:滿足你對Spring5的一切想象-持續更新
- java程序員從小工到專家成神之路（2020版）-持續更新中,附詳細文章教程
循環展開就是說，像下面的循環遍歷的例子：
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
x += 0x51;
}
因為每次循環都需要做跳轉操作，所以為了提升效率，上面的代碼其實可以被優化為下面的：
for (int i = 0; i < 250; i++) {
x += 0x144; //0x51 * 4
}
注意上面我們使用的是16進制數字，至於為什么要使用16進制呢？這是為了方便我們在后面的assembly代碼中快速找到他們。
好了，我們再在 x += 0x51 的外面加一層synchronized鎖，看一下synchronized鎖會不會隨着loop unrolling展開的同時被粗化。
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
synchronized (this) {
x += 0x51;
}
}
萬事具備，只欠我們的運行代碼了，這里我們還是使用JMH來執行。
相關代碼如下：
@Warmup(iterations = 10, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Fork(value = 1,
jvmArgsPrepend = {
"-XX:-UseBiasedLocking",
"-XX:CompileCommand=print,com.flydean.LockOptimization::test"
}
)
@State(Scope.Benchmark)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
public class LockOptimization {
int x;
@Benchmark
@CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
public void test() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
synchronized (this) {
x += 0x51;
}
}
}
public static void main(String[] args) throws RunnerException {
Options opt = new OptionsBuilder()
.include(LockOptimization.class.getSimpleName())
.build();
new Runner(opt).run();
}
}
上面的代碼中，我們取消了偏向鎖的使用：-XX:-UseBiasedLocking。為啥要取消這個選項呢？因為如果在偏向鎖的情況下，如果線程獲得鎖之后，在之后的執行過程中，如果沒有其他的線程訪問該鎖，那么持有偏向鎖的線程則不需要觸發同步。
為了更好的理解synchronized的流程，這里我們將偏向鎖禁用。
其他的都是我們之前講過的JMH的常規操作。
接下來就是見證奇跡的時刻了。
分析Assembly日志
我們運行上面的程序，將會得到一系列的輸出。因為本文並不是講解Assembly語言的，所以本文只是大概的理解一下Assembly的使用，並不會詳細的進行Assembly語言的介紹，如果有想深入了解Assembly的朋友，可以在文后留言。
分析Assembly的輸出結果，我們可以看到結果分為C1-compiled nmethod和C2-compiled nmethod兩部分。
先看C1-compiled nmethod：
第一行是monitorenter,表示進入鎖的范圍，后面還跟着對於的代碼行數。
最后一行是monitorexit,表示退出鎖的范圍。
中間有個add $0x51,%eax操作，對於着我們的代碼中的add操作。
可以看到C1—compiled nmethod中是沒有進行Loop unrolling的。
我們再看看C2-compiled nmethod:
和C1很類似，不同的是add的值變成了0x144,說明進行了Loop unrolling，同時對應的鎖范圍也跟着進行了擴展。
最后看下運行結果：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
LockOptimization.test avgt 5 5601.819 ± 620.017 ns/op
得分還不錯。
禁止Loop unrolling
接下來我們看下如果將Loop unrolling禁掉，會得到什么樣的結果。
要禁止Loop unrolling，只需要設置-XX:LoopUnrollLimit=1即可。
我們再運行一下上面的程序:
可以看到C2-compiled nmethod中的數字變成了原本的0x51，說明並沒有進行Loop unrolling。
再看看運行結果：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
LockOptimization.test avgt 5 20846.709 ± 3292.522 ns/op
可以看到運行時間基本是優化過后的4倍左右。說明Loop unrolling還是非常有用的。
總結
本文介紹了循環展開和粗化鎖的實際例子，希望大家能夠喜歡。
本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20
本文作者：flydean程序那些事
本文鏈接：http://www.flydean.com/jvm-jit-loop-unrolling-lock-coarsening/
本文來源：flydean的博客
歡迎關注我的公眾號:程序那些事，更多精彩等着您！