12.09 System.currentTimeMillis()存在性能問題技术頭條網

12.09 System.currentTimeMillis()存在性能問題

System.currentTimeMillis()是極其常用的基礎Java API，廣泛地用來獲取時間戳或測量代碼執行時長等，在我們的印象中應該快如閃電。但實際上在併發調用或者特別頻繁調用它的情況下（比如一個業務繁忙的接口，或者吞吐量大的需要取得時間戳的流式程序），其性能表現會令人大跌眼鏡。

直接看代碼

public class CurrentTimeMillisPerfDemo {
 private static final int COUNT = 100;
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 long beginTime = System.nanoTime();
 for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
 System.currentTimeMillis();
 }
 long elapsedTime = System.nanoTime() - beginTime;
 System.out.println("100 System.currentTimeMillis() serial calls: " + elapsedTime + " ns");
 CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);
 CountDownLatch endLatch = new CountDownLatch(COUNT);
 for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
 new Thread(() -> { 
 try {
 startLatch.await();
 System.currentTimeMillis();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 } finally {
 endLatch.countDown();
 }
 }).start();
 }
 beginTime = System.nanoTime();
 startLatch.countDown();
 endLatch.await();
 elapsedTime =System.nanoTime() - beginTime;
 System.out.println("100 System.currentTimeMillis() parallel calls: " +elapsedTime + " ns");
 }
}

執行結果如下圖。

可見，併發調用System.currentTimeMillis()一百次，耗費的時間是單線程調用一百次的250倍。如果單線程的調用頻次增加（比如達到每毫秒數次的地步），也會觀察到類似的情況。實際上在極端情況下，System.currentTimeMillis()的耗時甚至會比創建一個簡單的對象實例還要多，看官可以自行將上面線程中的語句換成new HashMap<>之類的試試看。

為什麼會這樣？

來到HotSpot源碼的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp文件中，有一個javaTimeMillis()方法，這就是System.currentTimeMillis()的native實現。

挖源碼就到此為止，因為已經有國外大佬深入到了彙編的級別來探究，詳情可以參見《The Slow currentTimeMillis()》這篇文章。簡單來講就是：

調用gettimeofday()需要從用戶態切換到內核態；
gettimeofday()的表現受Linux系統的計時器（時鐘源）影響，在HPET計時器下性能尤其差；
系統只有一個全局時鐘源，高併發或頻繁訪問會造成嚴重的爭用。

HPET計時器性能較差的原因是會將所有對時間戳的請求串行執行。TSC計時器性能較好，因為有專用的寄存器來保存時間戳。缺點是可能不穩定，因為它是純硬件的計時器，頻率可變（與處理器的CLK信號有關）。關於HPET和TSC的細節可以參見https://en.wikipedia.org/wiki/HighPrecisionEventTimer與https://en.wikipedia.org/wiki/TimeStamp_Counter。

另外，可以用以下的命令查看和修改時鐘源。

~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource
tsc hpet acpi_pm
~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource
tsc
~ echo 'hpet' > /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource

如何解決這個問題？

最常見的辦法是用單個調度線程來按毫秒更新時間戳，相當於維護一個全局緩存。其他線程取時間戳時相當於從內存取，不會再造成時鐘資源的爭用，代價就是犧牲了一些精確度。具體代碼如下。

public class CurrentTimeMillisClock {
 private volatile long now;
 private CurrentTimeMillisClock() {
 this.now = System.currentTimeMillis();
 scheduleTick();
 }
 private void scheduleTick() {
 new ScheduledThreadPoolExecutor(1, runnable -> {
 Thread thread = new Thread(runnable, "current-time-millis");
 thread.setDaemon(true);
 return thread;
 }).scheduleAtFixedRate(() -> {
 now = System.currentTimeMillis();
 }, 1, 1, TimeUnit.MILLISECONDS);
 }
 public long now() {
 return now;
 }
 public static CurrentTimeMillisClock getInstance() {
 return SingletonHolder.INSTANCE;
 }
 private static class SingletonHolder {
 private static final CurrentTimeMillisClock INSTANCE = new 
CurrentTimeMillisClock();
 }
}