При написании ответа на еще один вопрос я заметил странный пограничный случай для оптимизации JIT.
Следующая программа не является "Microbenchmark" и не предназначена для надежного измерения времени выполнения (как указано в ответах на другой вопрос). Он предназначен только для MCVE для воспроизведения проблемы:
class MissedLoopOptimization
{
public static void main(String args[])
{
for (int j=0; j<3; j++)
{
for (int i=0; i<5; i++)
{
long before = System.nanoTime();
runWithMaxValue();
long after = System.nanoTime();
System.out.println("With MAX_VALUE : "+(after-before)/1e6);
}
for (int i=0; i<5; i++)
{
long before = System.nanoTime();
runWithMaxValueMinusOne();
long after = System.nanoTime();
System.out.println("With MAX_VALUE-1 : "+(after-before)/1e6);
}
}
}
private static void runWithMaxValue()
{
final int n = Integer.MAX_VALUE;
int i = 0;
while (i++ < n) {}
}
private static void runWithMaxValueMinusOne()
{
final int n = Integer.MAX_VALUE-1;
int i = 0;
while (i++ < n) {}
}
}
В основном он запускает тот же цикл, while (i++ < n){}, где предел n устанавливается равным Integer.MAX_VALUE, а один раз - Integer.MAX_VALUE-1.
При выполнении этого на Win7/64 с JDK 1.7.0_21 и
java -server MissedLoopOptimization
результаты синхронизации выглядят следующим образом:
...
With MAX_VALUE : 1285.227081
With MAX_VALUE : 1274.36311
With MAX_VALUE : 1282.992203
With MAX_VALUE : 1292.88246
With MAX_VALUE : 1280.788994
With MAX_VALUE-1 : 6.96E-4
With MAX_VALUE-1 : 3.48E-4
With MAX_VALUE-1 : 0.0
With MAX_VALUE-1 : 0.0
With MAX_VALUE-1 : 3.48E-4
Очевидно, что для случая MAX_VALUE-1 JIT делает то, что можно было бы ожидать: он обнаруживает, что цикл бесполезен и полностью устраняет его. Тем не менее он не удаляет цикл, когда он работает до MAX_VALUE.
Это наблюдение подтверждается просмотром сборки сборки JIT при запуске с
java -server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+TraceClassLoading -XX:+LogCompilation -XX:+PrintAssembly MissedLoopOptimization
В журнале содержится следующая сборка для метода, который работает до MAX_VALUE:
Decoding compiled method 0x000000000254fa10:
Code:
[Entry Point]
[Verified Entry Point]
[Constants]
# {method} 'runWithMaxValue' '()V' in 'MissedLoopOptimization'
# [sp+0x20] (sp of caller)
0x000000000254fb40: sub $0x18,%rsp
0x000000000254fb47: mov %rbp,0x10(%rsp) ;*synchronization entry
; - MissedLoopOptimization::[email protected] (line 29)
0x000000000254fb4c: mov $0x1,%r11d
0x000000000254fb52: jmp 0x000000000254fb63
0x000000000254fb54: nopl 0x0(%rax,%rax,1)
0x000000000254fb5c: data32 data32 xchg %ax,%ax
0x000000000254fb60: inc %r11d ; OopMap{off=35}
;*goto
; - MissedLoopOptimization::[email protected] (line 30)
0x000000000254fb63: test %eax,-0x241fb69(%rip) # 0x0000000000130000
;*goto
; - MissedLoopOptimization::[email protected] (line 30)
; {poll}
0x000000000254fb69: cmp $0x7fffffff,%r11d
0x000000000254fb70: jl 0x000000000254fb60 ;*if_icmpge
; - MissedLoopOptimization::[email protected] (line 30)
0x000000000254fb72: add $0x10,%rsp
0x000000000254fb76: pop %rbp
0x000000000254fb77: test %eax,-0x241fb7d(%rip) # 0x0000000000130000
; {poll_return}
0x000000000254fb7d: retq
0x000000000254fb7e: hlt
0x000000000254fb7f: hlt
[Exception Handler]
[Stub Code]
0x000000000254fb80: jmpq 0x000000000254e820 ; {no_reloc}
[Deopt Handler Code]
0x000000000254fb85: callq 0x000000000254fb8a
0x000000000254fb8a: subq $0x5,(%rsp)
0x000000000254fb8f: jmpq 0x0000000002528d00 ; {runtime_call}
0x000000000254fb94: hlt
0x000000000254fb95: hlt
0x000000000254fb96: hlt
0x000000000254fb97: hlt
Можно четко видеть цикл, сравнив его с 0x7fffffff и вернуться к inc. В отличие от этого, сборка для случая, когда она работает до MAX_VALUE-1:
Decoding compiled method 0x000000000254f650:
Code:
[Entry Point]
[Verified Entry Point]
[Constants]
# {method} 'runWithMaxValueMinusOne' '()V' in 'MissedLoopOptimization'
# [sp+0x20] (sp of caller)
0x000000000254f780: sub $0x18,%rsp
0x000000000254f787: mov %rbp,0x10(%rsp) ;*synchronization entry
; - MissedLoopOptimization::[email protected] (line 36)
0x000000000254f78c: add $0x10,%rsp
0x000000000254f790: pop %rbp
0x000000000254f791: test %eax,-0x241f797(%rip) # 0x0000000000130000
; {poll_return}
0x000000000254f797: retq
0x000000000254f798: hlt
0x000000000254f799: hlt
0x000000000254f79a: hlt
0x000000000254f79b: hlt
0x000000000254f79c: hlt
0x000000000254f79d: hlt
0x000000000254f79e: hlt
0x000000000254f79f: hlt
[Exception Handler]
[Stub Code]
0x000000000254f7a0: jmpq 0x000000000254e820 ; {no_reloc}
[Deopt Handler Code]
0x000000000254f7a5: callq 0x000000000254f7aa
0x000000000254f7aa: subq $0x5,(%rsp)
0x000000000254f7af: jmpq 0x0000000002528d00 ; {runtime_call}
0x000000000254f7b4: hlt
0x000000000254f7b5: hlt
0x000000000254f7b6: hlt
0x000000000254f7b7: hlt
Итак, мой вопрос: что такого особенного в Integer.MAX_VALUE, которое не позволяет JIT оптимизировать его так же, как и для Integer.MAX_VALUE-1? Я предполагаю, что это связано с инструкцией cmp, которая предназначена для подписанной арифметики, но это само по себе не является убедительной причиной. Может кто-нибудь объяснить это и, возможно, даже указать указатель на код OpenJDK HotSpot, где рассматривается этот случай?
(В стороне: я надеюсь, что ответ также объяснит различное поведение между i++ и ++i, которое было задано в другом вопросе, предполагая, что причина отсутствия оптимизации (очевидно) фактически вызвана предел цикла Integer.MAX_VALUE)
