JDK7和JDK8下的System.nanoTime()输出完全不一样,而且差距还非常大,是不是两个版本里的实现不一样,之前我也没注意过这个细节,觉得非常奇怪,于是自己也在本地mac机器上马上测试了一下,得到如下输出:

~/Documents/workspace/Test/src ᐅ /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_79.jdk/Contents/Home/bin/java NanosTest

1480265318432558000

~/Documents/workspace/Test/src ᐅ /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/bin/java NanosTest

1188453233877

还真不一样,于是我再到linux下跑了一把,发现两个版本下的值基本上差不多的,也就是主要是mac下的实现可能不一样

于是我又调用System.currentTimeMillis(),发现其输出结果和System.nanoTime()也完全不是1000000倍的比例

~/Documents/workspace/Test/src ᐅ /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/bin/java NanosTest

1563115443175

1480265707257

另外System.nanoTime()输出的到底是什么东西,这个数字好奇怪

这三个小细节平时没有留意,好奇心作祟,于是马上想一查究竟

再列下主要想理清楚的三个问题

·         在mac下发现System.nanoTime()在JDK7和JDK8下输出的值怎么完全不一样

·         System.nanoTime()的值很奇怪,究竟是怎么算出来的

·         System.currentTimeMillis()为何不是System.nanoTime()的1000000倍

MAC不同JDK版本下nanoTime实现异同

在mac下,首先看JDK7的nanoTime实现

jlong os::javaTimeNanos() {

if (Bsd::supports_monotonic_clock()) {

struct timespec tp;

int status = Bsd::clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);

assert(status == 0, "gettime error");

jlong result = jlong(tp.tv_sec) * (1000 * 1000 * 1000) + jlong(tp.tv_nsec);

return result;

} else {

timeval time;

int status = gettimeofday(&time, NULL);

assert(status != -1, "bsd error");

jlong usecs = jlong(time.tv_sec) * (1000 * 1000) + jlong(time.tv_usec);

return 1000 * usecs;

}

}

再来看JDK8下的实现

#ifdef __APPLE__

jlong os::javaTimeNanos() {

const uint64_t tm = mach_absolute_time();

const uint64_t now = (tm * Bsd::_timebase_info.numer) / Bsd::_timebase_info.denom;

const uint64_t prev = Bsd::_max_abstime;

if (now <= prev) {

return prev;   // same or retrograde time;

}

const uint64_t obsv = Atomic::cmpxchg(now, (volatile jlong*)&Bsd::_max_abstime, prev);

assert(obsv >= prev, "invariant");   // Monotonicity

// If the CAS succeeded then we're done and return "now".

// If the CAS failed and the observed value "obsv" is >= now then

// we should return "obsv".  If the CAS failed and now > obsv > prv then

// some other thread raced this thread and installed a new value, in which case

// we could either (a) retry the entire operation, (b) retry trying to install now

// or (c) just return obsv.  We use (c).   No loop is required although in some cases

// we might discard a higher "now" value in deference to a slightly lower but freshly

// installed obsv value.   That's entirely benign -- it admits no new orderings compared

// to (a) or (b) -- and greatly reduces coherence traffic.

// We might also condition (c) on the magnitude of the delta between obsv and now.

// Avoiding excessive CAS operations to hot RW locations is critical.

// See https://blogs.oracle.com/dave/entry/cas_and_cache_trivia_invalidate

return (prev == obsv) ? now : obsv;

}

#else // __APPLE__

果然发现JDK8下多了一个__APPLE__宏下定义的实现,和JDK7及之前的版本的实现是不一样的,不过其他BSD系统是一样的,只是macos有点不一样,因为平时咱们主要使用的环境还是Linux为主,因此对于macos下具体异同就不做过多解释了,有兴趣的自己去研究一下。

Linux下nanoTime的实现

在linux下JDK7和JDK8的实现都是一样的

jlong os::javaTimeNanos() {

if (Linux::supports_monotonic_clock()) {

struct timespec tp;

int status = Linux::clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);

assert(status == 0, "gettime error");

jlong result = jlong(tp.tv_sec) * (1000 * 1000 * 1000) + jlong(tp.tv_nsec);

return result;

} else {

timeval time;

int status = gettimeofday(&time, NULL);

assert(status != -1, "linux error");

jlong usecs = jlong(time.tv_sec) * (1000 * 1000) + jlong(time.tv_usec);

return 1000 * usecs;

}

}

而Linux::supports_monotonic_clock决定了走哪个具体的分支

static inline bool supports_monotonic_clock() {

return _clock_gettime != NULL;

}

_clock_gettime的定义在

void os::Linux::clock_init() {

// we do dlopen's in this particular order due to bug in linux

// dynamical loader (see 6348968) leading to crash on exit

void* handle = dlopen("librt.so.1", RTLD_LAZY);

if (handle == NULL) {

handle = dlopen("librt.so", RTLD_LAZY);

}

if (handle) {

int (*clock_getres_func)(clockid_t, struct timespec*) =

(int(*)(clockid_t, struct timespec*))dlsym(handle, "clock_getres");

int (*clock_gettime_func)(clockid_t, struct timespec*) =

(int(*)(clockid_t, struct timespec*))dlsym(handle, "clock_gettime");

if (clock_getres_func && clock_gettime_func) {

// See if monotonic clock is supported by the kernel. Note that some

// early implementations simply return kernel jiffies (updated every

// 1/100 or 1/1000 second). It would be bad to use such a low res clock

// for nano time (though the monotonic property is still nice to have).

// It's fixed in newer kernels, however clock_getres() still returns

// 1/HZ. We check if clock_getres() works, but will ignore its reported

// resolution for now. Hopefully as people move to new kernels, this

// won't be a problem.

struct timespec res;

struct timespec tp;

if (clock_getres_func (CLOCK_MONOTONIC, &res) == 0 &&

clock_gettime_func(CLOCK_MONOTONIC, &tp)  == 0) {

// yes, monotonic clock is supported

_clock_gettime = clock_gettime_func;

return;

} else {

// close librt if there is no monotonic clock

dlclose(handle);

}

}

}

warning("No monotonic clock was available - timed services may " \

"be adversely affected if the time-of-day clock changes");

}

说白了,其实就是看librt.so.1或者librt.so中是否定义了clock_gettime函数,如果定义了,就直接调用这个函数来获取时间,注意下上面的传给clock_gettime的一个参数是CLOCK_MONOTONIC,至于这个参数的作用后面会说,这个函数在glibc中有定义

/* Get current value of CLOCK and store it in TP.  */

int

__clock_gettime (clockid_t clock_id, struct timespec *tp)

{

int retval = -1;

switch (clock_id)

{

#ifdef SYSDEP_GETTIME

SYSDEP_GETTIME;

#endif

#ifndef HANDLED_REALTIME

case CLOCK_REALTIME:

{

struct timeval tv;

retval = gettimeofday (&tv, NULL);

if (retval == 0)

TIMEVAL_TO_TIMESPEC (&tv, tp);

}

break;

#endif

default:

#ifdef SYSDEP_GETTIME_CPU

SYSDEP_GETTIME_CPU (clock_id, tp);

#endif

#if HP_TIMING_AVAIL

if ((clock_id & ((1 << CLOCK_IDFIELD_SIZE) - 1))

== CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)

retval = hp_timing_gettime (clock_id, tp);

else

#endif

__set_errno (EINVAL);

break;

#if HP_TIMING_AVAIL && !defined HANDLED_CPUTIME

case CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID:

retval = hp_timing_gettime (clock_id, tp);

break;

#endif

}

return retval;

}

weak_alias (__clock_gettime, clock_gettime)

libc_hidden_def (__clock_gettime)

而对应的宏SYSDEP_GETTIME定义如下:

#define SYSDEP_GETTIME \

SYSDEP_GETTIME_CPUTIME;                             \

case CLOCK_REALTIME:                                \

case CLOCK_MONOTONIC:                               \

retval = INLINE_VSYSCALL (clock_gettime, 2, clock_id, tp);            \

break

/* We handled the REALTIME clock here.  */

#define HANDLED_REALTIME    1

#define HANDLED_CPUTIME 1

#define SYSDEP_GETTIME_CPU(clock_id, tp) \

retval = INLINE_VSYSCALL (clock_gettime, 2, clock_id, tp); \

break

#define SYSDEP_GETTIME_CPUTIME  /* Default catches them too.  */

最终是调用的clock_gettime系统调用:

int clock_gettime(clockid_t, struct timespec *)

__attribute__((weak, alias("__vdso_clock_gettime")));

notrace int __vdso_clock_gettime(clockid_t clock, struct timespec *ts)

{

if (likely(gtod->sysctl_enabled))

switch (clock) {

case CLOCK_REALTIME:

if (likely(gtod->clock.vread))

return do_realtime(ts);

break;

case CLOCK_MONOTONIC:

if (likely(gtod->clock.vread))

return do_monotonic(ts);

break;

case CLOCK_REALTIME_COARSE:

return do_realtime_coarse(ts);

case CLOCK_MONOTONIC_COARSE:

return do_monotonic_coarse(ts);

}

return vdso_fallback_gettime(clock, ts);

}

而我们JVM里取纳秒数时传入的是CLOCK_MONOTONIC这个参数,因此会调用如下的方法

notrace static noinline int do_monotonic(struct timespec *ts)

{

unsigned long seq, ns, secs;

do {

seq = read_seqbegin(&gtod->lock);

secs = gtod->wall_time_sec;

ns = gtod->wall_time_nsec + vgetns();

secs += gtod->wall_to_monotonic.tv_sec;

ns += gtod->wall_to_monotonic.tv_nsec;

} while (unlikely(read_seqretry(&gtod->lock, seq)));

vset_normalized_timespec(ts, secs, ns);

return 0;

}

上面的wall_to_monotonic的tv_sec以及tv_nsec都是负数,在系统启动初始化的时候设置,记录了启动的时间

void __init timekeeping_init(void)

{

struct clocksource *clock;

unsigned long flags;

struct timespec now, boot;

read_persistent_clock(&now);

read_boot_clock(&boot);

write_seqlock_irqsave(&xtime_lock, flags);

ntp_init();

clock = clocksource_default_clock();

if (clock->enable)

clock->enable(clock);

timekeeper_setup_internals(clock);

xtime.tv_sec = now.tv_sec;

xtime.tv_nsec = now.tv_nsec;

raw_time.tv_sec = 0;

raw_time.tv_nsec = 0;

if (boot.tv_sec == 0 && boot.tv_nsec == 0) {

boot.tv_sec = xtime.tv_sec;

boot.tv_nsec = xtime.tv_nsec;

}

set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,

-boot.tv_sec, -boot.tv_nsec);

total_sleep_time.tv_sec = 0;

total_sleep_time.tv_nsec = 0;

write_sequnlock_irqrestore(&xtime_lock, flags);

}

因此nanoTime其实算出来的是一个相对的时间,相对于系统启动的时候的时间

Java里currentTimeMillis的实现

我们其实可以写一个简单的例子从侧面来验证currentTimeMillis返回的到底是什么值

public static void main(String args[]) {

System.out.println(new Date().getTime()-new Date(0).getTime());

System.out.println(System.currentTimeMillis());

}

你将看到输出结果会是两个一样的值,这说明了什么?另外new Date(0).getTime()其实就是1970/01/01 08:00:00,而new Date().getTime()是返回的当前时间,两个日期一减,其实就是当前时间距离1970/01/01 08:00:00有多少毫秒,而System.currentTimeMillis()返回的正好是这个值,也就是说System.currentTimeMillis()就是返回的当前时间距离1970/01/01 08:00:00的毫秒数。

就实现上来说,currentTimeMillis其实是通过gettimeofday来实现的

jlong os::javaTimeMillis() {

timeval time;

int status = gettimeofday(&time, NULL);

assert(status != -1, "linux error");

return jlong(time.tv_sec) * 1000  +  jlong(time.tv_usec / 1000);

}

至此应该大家也清楚了,为什么currentTimeMillis返回的值并不是nanoTime返回的值的1000000倍左右了,因为两个值的参照不一样,所以没有可比性

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