java - 是否有可能使 java.lang.invoke.MethodHandle 与直接调用一样快？

Question

我正在比较 MethodHandle::invoke 和直接静态方法调用的性能。这是静态方法:

public class IntSum {
    public static int sum(int a, int b){
        return a + b;
    }
}

这是我的基准:

@State(Scope.Benchmark)
public class MyBenchmark {

    public int first;
    public int second;
    public final MethodHandle mhh;

    @Benchmark
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
    public int directMethodCall() {
        return IntSum.sum(first, second);
    }

    @Benchmark
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
    public int finalMethodHandle() throws Throwable {
        return (int) mhh.invoke(first, second);
    }

    public MyBenchmark() {
        MethodHandle mhhh = null;

        try {
            mhhh = MethodHandles.lookup().findStatic(IntSum.class, "sum", MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class));
        } catch (NoSuchMethodException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        mhh = mhhh;
    }

    @Setup
    public void setup() throws Exception {
        first = 9857893;
        second = 893274;
    }
}

我得到了以下结果:

Benchmark                      Mode  Cnt  Score   Error  Units
MyBenchmark.directMethodCall   avgt    5  3.069 ± 0.077  ns/op
MyBenchmark.finalMethodHandle  avgt    5  6.234 ± 0.150  ns/op

MethodHandle 有一些性能下降。

使用 -prof perfasm 运行它显示:

....[Hottest Regions]...............................................................................
 31.21%   31.98%         C2, level 4  java.lang.invoke.LambdaForm$DMH::invokeStatic_II_I, version 490 (27 bytes) 
 26.57%   28.02%         C2, level 4  org.sample.generated.MyBenchmark_finalMethodHandle_jmhTest::finalMethodHandle_avgt_jmhStub, version 514 (84 bytes) 
 20.98%   28.15%         C2, level 4  org.openjdk.jmh.infra.Blackhole::consume, version 497 (44 bytes) 

据我所知，基准测试结果的原因是 Hottest Region 2 org.sample.generated.MyBenchmark_finalMethodHandle_jmhTest::finalMethodHandle_avgt_jmhStub 包含 JHM 循环内 MethodHandle::invoke 执行的所有类型检查。汇编输出片段(省略了一些代码):

....[Hottest Region 2]..............................................................................
C2, level 4, org.sample.generated.MyBenchmark_finalMethodHandle_jmhTest::finalMethodHandle_avgt_jmhStub, version 519 (84 bytes) 
;...
0x00007fa2112119b0: mov     0x60(%rsp),%r10
;...
0x00007fa2112119d4: mov     0x14(%r12,%r11,8),%r8d  ;*getfield form
0x00007fa2112119d9: mov     0x1c(%r12,%r8,8),%r10d  ;*getfield customized
0x00007fa2112119de: test    %r10d,%r10d
0x00007fa2112119e1: je      0x7fa211211a65    ;*ifnonnull
0x00007fa2112119e7: lea     (%r12,%r11,8),%rsi
0x00007fa2112119eb: callq   0x7fa211046020    ;*invokevirtual invokeBasic
;...
0x00007fa211211a01: movzbl  0x94(%r10),%r10d  ;*getfield isDone
;...
0x00007fa211211a13: test    %r10d,%r10d
;jumping at the begging of jmh loop if not done
0x00007fa211211a16: je      0x7fa2112119b0    ;*aload_1 
;...

在调用 invokeBasic 之前，我们执行影响输出 avgt 的类型检查(在 jmh 循环内)。

问题: 为什么没有将所有类型检查都移出循环？我在基准测试中声明了 public final MethodHandle mhh;。所以我希望编译器能够弄清楚并消除相同的类型检查。如何消除相同的类型检查？可能吗？

Answer 1

您使用反射调用MethodHandle。它的工作原理与 Method.invoke 大致相同，但运行时检查较少且无需装箱/拆箱。由于这个MethodHandle不是static final，所以JVM不会把它当作常量，也就是说MethodHandle的目标是一个黑盒子，不能被内联。

尽管 mhh 是最终的，但它包含实例字段，例如 MethodType type 和 LambdaForm form，它们会在每次迭代时重新加载。由于内部的黑盒调用(见上文)，这些负载不会被提升到循环之外。此外，MethodHandle 的 LambdaForm 可以在调用之间的运行时更改(自定义)，因此需要重新加载。

如何让调用更快？

1. 使用static final 方法句柄。 JIT 将知道此类 MethodHandle 的目标，因此可以在调用站点将其内联。

2. 即使您有非静态 MethodHandle，您也可以将其绑定(bind)到静态 CallSite 并像直接方法一样快速调用它。这类似于 lambda 的调用方式。

   private static final MutableCallSite callSite = new MutableCallSite(
           MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class));
   private static final MethodHandle invoker = callSite.dynamicInvoker();
   
   public MethodHandle mh;
   
   public MyBenchmark() {
       mh = ...;
       callSite.setTarget(mh);
   }
   
   @Benchmark
   public int boundMethodHandle() throws Throwable {
       return (int) invoker.invokeExact(first, second);
   }
   

   1. 使用常规 invokeinterface 而不是 @Holger 建议的 MethodHandle.invoke。可以使用 LambdaMetafactory.metafactory() 生成用于调用给定 MethodHandle 的接口(interface)实例.