java - 整数性能 - x32 与 x64 jvm 相差 30-50 倍？

Question

最近我遇到了一件非常奇怪的事情——一种方法在性能分析器下非常慢，没有明显的原因。它包含很少的 long 操作，但被调用得相当频繁 - 它的总体使用量约为总程序时间的 30-40%，而其他部分似乎“更重”。

我通常在 x32 JVM 上运行非内存消耗型程序，但假设我遇到了 64 位类型的问题，我尝试在 x64 JVM 上运行相同的程序——“实时场景”中的整体性能提高了 2-3 倍.之后，我为特定方法的操作创建了 JMH 基准测试，并对 x32 和 x64 JVM 上的差异感到震惊 - 高达 50 倍。

我会“接受”大约慢 2 倍的 x32 JVM(更小的字长)，但我不知道 30-50 倍可能来自哪里。 你能解释一下这种巨大的差异吗？

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回复评论:

• 我重写了测试代码以“返回一些东西”并避免“死代码消除”——它似乎没有为“x32”改变任何东西，但“x64”上的一些方法变得非常慢。
• 两项测试均在“客户端”下运行。在“-server”下运行没有明显效果。

看来我的问题的答案是

• “测试代码”是错误的:由于“无返回值”，它允许 JVM 进行“死代码消除”或任何其他优化，并且看起来“x32 JVM”所做的此类优化少于“x64 JVM” -这导致了 x32 和 x64 之间如此显着的“错误”差异
• “正确测试代码”的性能差异高达 2 到 5 倍 - 这似乎是合理的

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这是结果(注意:?10?? 是 Windows 上不打印的特殊字符 - 它低于 0.001 s/op，用科学记数法写为 10e-??)

x32 1.8.0_152

Benchmark                Mode  Score Units    Score (with 'return')
IntVsLong.cycleInt       avgt  0.035  s/op    0.034   (?x slower vs. x64)
IntVsLong.cycleLong      avgt  0.106  s/op    0.099   (3x slower vs. x64) 
IntVsLong.divDoubleInt   avgt  0.462  s/op    0.459
IntVsLong.divDoubleLong  avgt  1.658  s/op    1.724   (2x slower vs. x64)
IntVsLong.divInt         avgt  0.335  s/op    0.373
IntVsLong.divLong        avgt  1.380  s/op    1.399
IntVsLong.l2i            avgt  0.101  s/op    0.197   (3x slower vs. x64)  
IntVsLong.mulInt         avgt  0.067  s/op    0.068
IntVsLong.mulLong        avgt  0.278  s/op    0.337   (5x slower vs. x64)
IntVsLong.subInt         avgt  0.067  s/op    0.067   (?x slower vs. x64)
IntVsLong.subLong        avgt  0.243  s/op    0.300   (4x slower vs. x64)

x64 1.8.0_152

Benchmark                Mode  Score Units    Score (with 'return')
IntVsLong.cycleInt       avgt ? 10??  s/op   ? 10??
IntVsLong.cycleLong      avgt  0.035  s/op    0.034
IntVsLong.divDoubleInt   avgt  0.045  s/op    0.788 (was dead)
IntVsLong.divDoubleLong  avgt  0.033  s/op    0.787 (was dead)
IntVsLong.divInt         avgt ? 10??  s/op    0.302 (was dead)
IntVsLong.divLong        avgt  0.046  s/op    1.098 (was dead)
IntVsLong.l2i            avgt  0.037  s/op    0.067
IntVsLong.mulInt         avgt ? 10??  s/op    0.052 (was dead)
IntVsLong.mulLong        avgt  0.040  s/op    0.067
IntVsLong.subInt         avgt ? 10??  s/op   ? 10??
IntVsLong.subLong        avgt  0.075  s/op    0.082

这是(固定的)基准代码

import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;

public class IntVsLong {

    public static int N_REPEAT_I  = 100_000_000;
    public static long N_REPEAT_L = 100_000_000;

    public static int CONST_I = 3;
    public static long CONST_L = 3;
    public static double CONST_D = 3;

    @Benchmark
    public void cycleInt() throws InterruptedException {
        for( int i = 0; i < N_REPEAT_I; i++ ) {
        }
    }

    @Benchmark
    public void cycleLong() throws InterruptedException {
        for( long i = 0; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
        }
    }

    @Benchmark
    public int divInt() throws InterruptedException {
        int r = 0;
        for( int i = 0; i < N_REPEAT_I; i++ ) {
            r += i / CONST_I;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public long divLong() throws InterruptedException {
        long r = 0;
        for( long i = 0; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += i / CONST_L;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public double divDoubleInt() throws InterruptedException {
        double r = 0;
        for( int i = 1; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += CONST_D / i;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public double divDoubleLong() throws InterruptedException {
        double r = 0;
        for( long i = 1; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += CONST_D / i;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public int mulInt() throws InterruptedException {
        int r = 0;
        for( int i = 0; i < N_REPEAT_I; i++ ) {
            r += i * CONST_I;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public long mulLong() throws InterruptedException {
        long r = 0;
        for( long i = 0; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += i * CONST_L;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public int subInt() throws InterruptedException {
        int r = 0;
        for( int i = 0; i < N_REPEAT_I; i++ ) {
            r += i - r;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public long subLong() throws InterruptedException {
        long r = 0;
        for( long i = 0; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += i - r;
        }
        return r;
    }

    @Benchmark
    public long l2i() throws InterruptedException {
        int r = 0;
        for( long i = 0; i < N_REPEAT_L; i++ ) {
            r += (int)i;
        }
        return r;
    }

}

Answer 1

有很多变量需要检查。

如果我们只关注使用 64 位的处理器，您可以在同一步骤中对 CPU 寄存器进行更多操作，因为它使用八位字节而不是每个注册表的四个八位字节。这提高了操作的性能和内存分配。还有一些 CPU 只启用高级功能，只能在 64 位模式下运行

如果您使用相同的 CPU 执行测试，请往上看，您需要考虑到要执行 32 位指令，CPU 需要在虚拟模式或保护模式下运行，运行速度比真正的 32 位 CPU 慢.此外，一些指令集扩展可能无法使用 32 位模式启用，例如 SSE-SIMD 或 AVX 可能会提高一些操作速度。

此外，如果您使用的是 Windows 10 等现代操作系统，则需要考虑该操作系统使用 WOW64(x86 模拟器)运行 32 位应用程序

帮助文档:

• Running 32 bit Applications on Windows 64 Bit
• Wikipedia X86-64 (见操作模式)