18

警告: 質問は少し長いですが、区切り線より下の部分は単なる好奇心のためです。

Oracle の JDK 7 実装のAtomicIntegerには、次のメソッドが含まれています。

public final int addAndGet(int delta) {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + delta;         // Only difference
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;             // Only difference
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

2 番目のメソッドが次のように記述できることは明らかです。

public final int incrementAndGet() {
    return addAndGet(1);
}

そのクラスには、同様のコード重複の例が他にもいくつかあります。それを行う理由は考えられませんが、パフォーマンスの考慮事項 (*) です。そして、その設計に落ち着く前に、作成者がいくつかの詳細なテストを行ったと確信しています.

なぜ (またはどのような状況で) 最初のコードが 2 番目のコードよりも優れたパフォーマンスを発揮するのでしょうか?

(*) 我慢できずに簡単にマイクロベンチマークを書いてみました。addAndGet(1)（JIT後） vsを支持する2〜4％のパフォーマンスの体系的なギャップを示しています（incrementAndGet()確かに小さいですが、非常に一貫しています）。正直なところ、その結果を説明することはできません...

出力：

incrementAndGet(): 905
addAndGet(1): 868
incrementAndGet(): 902
addAndGet(1): 863
incrementAndGet(): 891
addAndGet(1): 867
...

コード：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    final int size = 100_000_000;
    long start, end;
    AtomicInteger ai;

    System.out.println("JVM warmup");
    for (int j = 0; j < 10; j++) {
        start = System.nanoTime();
        ai = new AtomicInteger();
        for (int i = 0; i < size / 10; i++) {
            ai.addAndGet(1);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("addAndGet(1): " + ((end - start) / 1_000_000));
        start = System.nanoTime();
        ai = new AtomicInteger();
        for (int i = 0; i < size / 10; i++) {
            ai.incrementAndGet();
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("incrementAndGet(): " + ((end - start) / 1_000_000));
    }


    System.out.println("\nStart measuring\n");

    for (int j = 0; j < 10; j++) {
        start = System.nanoTime();
        ai = new AtomicInteger();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            ai.incrementAndGet();
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("incrementAndGet(): " + ((end - start) / 1_000_000));
        start = System.nanoTime();
        ai = new AtomicInteger();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            ai.addAndGet(1);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("addAndGet(1): " + ((end - start) / 1_000_000));
    }
}
4

5 に答える 5

9

新たな仮説を立てます。のバイトコードを調べるAtomicIntegerと、それらの主な違いは、命令を使用することと、命令addAndGetを使用することであることがわかります。iload_incrementAndGeticonst_

public final int addAndGet(int);
   ...
   4:   istore_2
   5:   iload_2
   6:   iload_1
   7:   iadd

public final int incrementAndGet();
   ...
   4:   istore_1
   5:   iload_1
   6:   iconst_1
   7:   iadd

iconst_+は...が命令であるため、命令iaddとして変換されるようです。これはすべて、 vsなどに関するよく知られている質問に関連しています。INCiload_iaddADDADD 1INC

x86 inc と add 命令の相対的なパフォーマンス

ADD 1 は INC よりも本当に速いですか? x86

addAndGetこれが答えかもしれません。incrementAndGet

于 2013-02-28T19:23:23.847 に答える
5

念のため、JIT によって生成されたアセンブリ コードを次に示します。要約すると、主な違いは次のとおりです。

  • incrementAndGet

    mov    r8d,eax
inc    r8d                ;*iadd

  • addAndGet

    mov    r9d,r8d
add    r9d,eax            ;*iadd

コードの残りの部分は基本的に同じです。これにより、次のことが確認されます。

  • メソッドは組み込み関数ではなく、内部で相互に呼び出しません
  • 唯一の違いはINCvsADD 1

私はアセンブリを読むのが得意ではないので、それがなぜ違いを生むのかを知ることができません。そして、それは私の最初の質問に実際には答えません。

完全なリスト (incrementAndGet):

  # {method} 'incrementAndGet' '()I' in 'java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger'
  #           [sp+0x20]  (sp of caller)
  0x00000000026804c0: mov    r10d,DWORD PTR [rdx+0x8]
  0x00000000026804c4: shl    r10,0x3
  0x00000000026804c8: cmp    rax,r10
  0x00000000026804cb: jne    0x0000000002657b60  ;   {runtime_call}
  0x00000000026804d1: data32 xchg ax,ax
  0x00000000026804d4: nop    DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  0x00000000026804dc: data32 data32 xchg ax,ax
[Verified Entry Point]
  0x00000000026804e0: sub    rsp,0x18
  0x00000000026804e7: mov    QWORD PTR [rsp+0x10],rbp  ;*synchronization entry
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@-1 (line 204)
  0x00000000026804ec: mov    eax,DWORD PTR [rdx+0xc]  ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@12 (line 206)
  0x00000000026804ef: mov    r8d,eax
  0x00000000026804f2: inc    r8d                ;*iadd
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@7 (line 205)
  0x00000000026804f5: lock cmpxchg DWORD PTR [rdx+0xc],r8d
  0x00000000026804fb: sete   r11b
  0x00000000026804ff: movzx  r11d,r11b          ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@12 (line 206)
  0x0000000002680503: test   r11d,r11d
  0x0000000002680506: je     0x0000000002680520  ;*iload_2
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@18 (line 207)
  0x0000000002680508: mov    eax,r8d
  0x000000000268050b: add    rsp,0x10
  0x000000000268050f: pop    rbp
  0x0000000002680510: test   DWORD PTR [rip+0xfffffffffdbafaea],eax        # 0x0000000000230000
                                                ;   {poll_return}
  0x0000000002680516: ret    
  0x0000000002680517: nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]  ; OopMap{rdx=Oop off=96}
                                                ;*goto
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@20 (line 208)
  0x0000000002680520: test   DWORD PTR [rip+0xfffffffffdbafada],eax        # 0x0000000000230000
                                                ;*goto
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@20 (line 208)
                                                ;   {poll}
  0x0000000002680526: mov    r11d,DWORD PTR [rdx+0xc]  ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@12 (line 206)
  0x000000000268052a: mov    r8d,r11d
  0x000000000268052d: inc    r8d                ;*iadd
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@7 (line 205)
  0x0000000002680530: mov    eax,r11d
  0x0000000002680533: lock cmpxchg DWORD PTR [rdx+0xc],r8d
  0x0000000002680539: sete   r11b
  0x000000000268053d: movzx  r11d,r11b          ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@12 (line 206)
  0x0000000002680541: test   r11d,r11d
  0x0000000002680544: je     0x0000000002680520  ;*ifeq
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::incrementAndGet@15 (line 206)
  0x0000000002680546: jmp    0x0000000002680508

完全なリスト (addAndGet):

  # {method} 'addAndGet' '(I)I' in 'java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger'
  # this:     rdx:rdx   = 'java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger'
  # parm0:    r8        = int
  #           [sp+0x20]  (sp of caller)
  0x0000000002680d00: mov    r10d,DWORD PTR [rdx+0x8]
  0x0000000002680d04: shl    r10,0x3
  0x0000000002680d08: cmp    rax,r10
  0x0000000002680d0b: jne    0x0000000002657b60  ;   {runtime_call}
  0x0000000002680d11: data32 xchg ax,ax
  0x0000000002680d14: nop    DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  0x0000000002680d1c: data32 data32 xchg ax,ax
[Verified Entry Point]
  0x0000000002680d20: sub    rsp,0x18
  0x0000000002680d27: mov    QWORD PTR [rsp+0x10],rbp  ;*synchronization entry
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@-1 (line 233)
  0x0000000002680d2c: mov    eax,DWORD PTR [rdx+0xc]  ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@12 (line 235)
  0x0000000002680d2f: mov    r9d,r8d
  0x0000000002680d32: add    r9d,eax            ;*iadd
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@7 (line 234)
  0x0000000002680d35: lock cmpxchg DWORD PTR [rdx+0xc],r9d
  0x0000000002680d3b: sete   r11b
  0x0000000002680d3f: movzx  r11d,r11b          ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@12 (line 235)
  0x0000000002680d43: test   r11d,r11d
  0x0000000002680d46: je     0x0000000002680d60  ;*iload_3
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@18 (line 236)
  0x0000000002680d48: mov    eax,r9d
  0x0000000002680d4b: add    rsp,0x10
  0x0000000002680d4f: pop    rbp
  0x0000000002680d50: test   DWORD PTR [rip+0xfffffffffdbaf2aa],eax        # 0x0000000000230000
                                                ;   {poll_return}
  0x0000000002680d56: ret    
  0x0000000002680d57: nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]  ; OopMap{rdx=Oop off=96}
                                                ;*goto
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@20 (line 237)
  0x0000000002680d60: test   DWORD PTR [rip+0xfffffffffdbaf29a],eax        # 0x0000000000230000
                                                ;*goto
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@20 (line 237)
                                                ;   {poll}
  0x0000000002680d66: mov    r11d,DWORD PTR [rdx+0xc]  ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@12 (line 235)
  0x0000000002680d6a: mov    r9d,r11d
  0x0000000002680d6d: add    r9d,r8d            ;*iadd
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@7 (line 234)
  0x0000000002680d70: mov    eax,r11d
  0x0000000002680d73: lock cmpxchg DWORD PTR [rdx+0xc],r9d
  0x0000000002680d79: sete   r11b
  0x0000000002680d7d: movzx  r11d,r11b          ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::compareAndSet@9 (line 135)
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@12 (line 235)
  0x0000000002680d81: test   r11d,r11d
  0x0000000002680d84: je     0x0000000002680d60  ;*ifeq
                                                ; - java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::addAndGet@15 (line 235)
  0x0000000002680d86: jmp    0x0000000002680d48
于 2013-02-28T19:48:50.873 に答える
1

@AlexeiKaigorodov の回答を拡張するには、これが実際の Java コードである場合、コール スタックの余分なフレームがなくなるため、高速になります。これにより、実行が速くなり (なぜでしょうか?)、ループへの複数の同時呼び出しが失敗する可能性が低くなり、ループが繰り返し実行される可能性があります。（とはいえ、頭の中でそのような理由を思いつくことはできません。）

ただし、マイクロベンチマークを通じて、コードが本物ではなく、incrementAndGet()メソッドが指定した方法でネイティブコードに実装されているか、または両方が組み込みの命令である可能性があります (lock:xaddたとえば、x86 に委譲されています)。ただし、一般に、JVM が常に何を行っているかを推測するのはかなり難しく、これを引き起こしている他のことがある可能性があります。

于 2013-02-28T18:27:43.560 に答える
0

議論を締めくくるために、こことほぼ同時に Concurrency-interest -- JSR-166メーリング リストのディスカッション リストでも同じ質問が行われました。

これがスレッドの始まりです - [concurrency-interest] AtomicInteger 実装について議論する AtomicInteger 実装。

于 2013-03-01T01:20:46.520 に答える
-3

その理由は、コードサイズを犠牲にして、コードを高速化することを好んだためです。

確かに、情報源は本物です。それらが組み込み関数である場合、それらはネイティブとしてマークされます。

于 2013-02-28T18:24:20.327 に答える