【随便聊聊 JVM原理】虚拟机做的那些优化

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前言

最近公司企业微信给我们开通了极客时间的SVIP，我就顺便看了一些，突然就想起来之前一段时间找工作没有去记录，这次正好重新出发！
之前也写过一个类似的关于Java的JIT(即时编译器)知识整理虚拟机相关的知识，这次正好了解到他的另外一个特性， intrinsic

一、我是怎么了解到intrinsic

一天，我在认（mo）真（yu）工（hua）作（shui）的时候，突然看的一个注解，就正常的百度了下，一查不要紧，一堆不懂的，之后一发不可收拾，首先看的的是这个注解 @HotSpotIntrinsicCandidate，听说是JDK8有，就是比较少（JDK8有intrinsic - 直接看最后的参考资料），但是没有这个注解），找办法没找到，我就下了个JDK11，在String.java中找到了
在这里插入图片描述
这里顺便提一嘴，点进注解，才发现，是从JDK9开始有的

顺带提一嘴，因为以下原因

String的底层实现由JDK8的char[]变成了byte[]

二、由intrinsic我了解到什么

看完这些，其实开头所说的intrinsic就已经出现了，就是@HotSpotIntrinsicCandidate, 它的作用很简单，就是将使用这个注解的方法，在调用时，会被Hotspot虚拟机替换成高效的指令序列，忽略原本的实现。

而类似的，就像我在Java内存模型 -底层原理中提到的JVM的重排序

⚠️ 需要注意的是

并不是所有虚拟机都维护了同样的高效实现 —— 目前主流的商用虚拟机（HotSpot（Oracle）、J9 VM（IBM））
并不是所有的CPU架构都适用这些优化 —— 目前讨论的为x86架构（amd64同），像苹果的M系列以及其他的ARM架构的CPU就需要单独适配指令
如果没有对应的指令，就会直接使用JDK的实现
因为这些差异，这些优化才没有被直接放在源代码中

三、intrinsic与CPU指令

前面说那么多，优化，到底是怎么优化的

3.1 StringLatin1.indexof()

StringLatin1.indexof() 会被替换成 X86_64体系结构下的SSE4.2指令集中的PCMPESTRI —— 简单来说，就是它能够在16位以下的字符串中，查找另一个16字节以下的字符串，并返回命中的索引
在这里插入图片描述

3.2 Math中的大量方法

Java的Math类库中有着很多的intrinsic的方法，我门就看看其中的
Math.addExact —— 这个方法有两个重载分别位接收两个int和long值，并返回相加的值，当结果和溢出时，抛出 ArithmeticException(“integer overflow”);

  /**
     * Returns the sum of its arguments,
     * throwing an exception if the result overflows an {@code int}.
     *
     * @param x the first value
     * @param y the second value
     * @return the result
     * @throws ArithmeticException if the result overflows an int
     * @since 1.8
     */
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public static int addExact(int x, int y) {
        int r = x + y;
        // HD 2-12 Overflow iff both arguments have the opposite sign of the result
        if (((x ^ r) & (y ^ r)) < 0) {
            throw new ArithmeticException("integer overflow");
        }
        return r;
    }

在Java层面判断两个值的和是否超过最大值对应的就是两个异或、一个和与一个比较操作，而在X86_64体系中，大部分计算指令都会更新状态寄存器（Flags register), 其中就有表示是否溢出的标志位（overflow flag），因此我吗只需要在操作完成后，比较标志位即可。

3.3 Integer.bigCount()

这个方法是统计所输入int值的二进制形式有多少个1

    /**
     * Returns the number of one-bits in the two's complement binary
     * representation of the specified {@code int} value.  This function is
     * sometimes referred to as the <i>population count</i>.
     *
     * @param i the value whose bits are to be counted
     * @return the number of one-bits in the two's complement binary
     *     representation of the specified {@code int} value.
     * @since 1.5
     */
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public static int bitCount(int i) {
        // HD, Figure 5-2
        i = i - ((i >>> 1) & 0x55555555);
        i = (i & 0x33333333) + ((i >>> 2) & 0x33333333);
        i = (i + (i >>> 4)) & 0x0f0f0f0f;
        i = i + (i >>> 8);
        i = i + (i >>> 16);
        return i & 0x3f;
    }