Java8 性能提升： LongAdder vs AtomicLong

jopen 10年前發布 | 14K 次閱讀 Java8 Java開發

即將到來的Java8給在Java虛擬機上最廣泛使用的語言帶來了大量的新特性。或許最多提到的是Lambdas表達式，Scala和JRuby的愛好者們對此發出了終于來了的感嘆。但是對于多線程應用更為重要的類是新增的LongAdder和DoubleAdder，在多線程下，原子實現比 AtomicInteger和AtomicLong提供了更優越的性能。
一些簡單的指標闡述了AtomicLong和LongAdder之間的性能不同點——測試下面這些指標，我們使用了可以訪問Intel Xeon E5-2670所有8個核的m3.2xlarge EC2實例。

在單線程下，新的LongAdder慢了1/3,但是當多個線程在爭著增加字段，LongAdder則顯示出了自己的價值。注意到，每個線程所做的唯一事情就是試圖增加計數——這是一個最極端形式的綜合標準。這里的競爭比你在實際應用程序中可能看到的要高的多，但是有時候你確實需要這種共享計數器，而 LongAdder帶來了很大的幫助。

你可以在我們的 java-8-benchmarks 倉庫中找到這些基準測試程序數值的代碼。它使用了JMH來完成實際工作，并以Marshall的gradle-jmh-demo為基礎。JMH能夠為程序員完成對精度要求很高的工作，并有效降低編程的難度，保證了結果數據能夠反應目前在基于JVM性能測試精度的較高水準。JMH并非一定在perf下運行，所以我們還做了一些單例測試。

Perf-stat下更多的細節

通過單例測試，我們可以在perf-sata下對測試程序有更多的控制力度，以及獲取程序運行中更多的細節。最基本的指標是每一個標準運行占用的時間。這些基準都在運行在英特爾I7-2600k內核上（實際硬件，不是虛擬的）。

在單線程的情況下，AtomicLong稍微快一點，在2個線程的時候，AtomicLong比LongAdder慢近4倍，而在線程數和機器CPU核數一致的情況下，AtomicLong比LongAdder慢近5倍。

讓人印象更深刻的是，直到線程數超過CPU的物理核數（在這個例子中是4）之前，LongAdder的性能一直是個常量。

一個周期內的指令

周期內的指令衡量標準是：”CPU運行指令的時間” 對比 “CPU等待加載內存或者處理高速緩存加載或匹配數據的時間”。在這個例子中，我們看到Atomic在多線程的情況下IPC（周期內的指令）指標非常的差，而LongAdder維持著一個更健康的IPC（周期內的指令）指標. 從4線程到8線程之間的下降可能是因為CPU有4個核,每個核中有2個硬件線程, 而硬件線程在這個情況下沒有實際上的幫助。

空閑時間
處理器上的執行流水線主要分為2個部分：負責獲取和解碼操作的前端，和負責執行指令的后端。獲取的操作沒有什么值得討論的，所以我們跳過前端。

后端揭示了更多幕后的情況，AtomicLong的實現在后端留下了比LongAdder幾乎一倍的周期閑置。AtomicLong的IPC較低和它的高閑置時間是直接相關的：CPU內核花費了大量時間來決定它們中間的誰去控制包含AtomicLong的緩存線。