并发慎用——System.currentTimeMillis()
好记忆不如烂笔头,能记下点东西,就记下点,有时间拿出来看看,也会发觉不一样的感受.
System.currentTimeMillis()是极其常用的基础Java API,广泛地用来获取时间戳或测量代码执行时长等,在我们的印象中应该快如闪电。但实际上在并发调用或者特别频繁调用它的情况下(比如一个业务繁忙的接口,或者吞吐量大的需要取得时间戳的流式程序),其性能表现会令人大跌眼镜。直接看下面的Demo。
- 1 public class CurrentTimeMillisPerfDemo {
- 2 private static final int COUNT = 100;
- 3
- 4 public static void main(String[] args) throws Exception {
- 5 long beginTime = System.nanoTime();
- 6 for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
- 7 System.currentTimeMillis();
- 8 }
- 9
- 10 long elapsedTime = System.nanoTime() - beginTime;
- 11 System.out.println("100 System.currentTimeMillis() serial calls: " + elapsedTime + " ns");
- 12
- 13 CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);
- 14 CountDownLatch endLatch = new CountDownLatch(COUNT);
- 15 for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
- 16 new Thread(() -> {
- 17 try {
- 18 startLatch.await();
- 19 System.currentTimeMillis();
- 20 } catch (InterruptedException e) {
- 21 e.printStackTrace();
- 22 } finally {
- 23 endLatch.countDown();
- 24 }
- 25 }).start();
- 26 }
- 27
- 28 beginTime = System.nanoTime();
- 29 startLatch.countDown();
- 30 endLatch.await();
- 31 elapsedTime = System.nanoTime() - beginTime;
- 32 System.out.println("100 System.currentTimeMillis() parallel calls: " + elapsedTime + " ns");
- 33 }
- 34 }
demo
执行结果如下图。
可见,并发调用System.currentTimeMillis()一百次,耗费的时间是单线程调用一百次的250倍。如果单线程的调用频次增加(比如达到每毫秒数次的地步),也会观察到类似的情况。实际上在极端情况下,System.currentTimeMillis()的耗时甚至会比创建一个简单的对象实例还要多,看官可以自行将上面线程中的语句换成new HashMap<>之类的试试看。
为什么会这样呢?来到HotSpot源码的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp文件中,有一个javaTimeMillis()方法,这就是System.currentTimeMillis()的native实现。
- 1 jlong os::javaTimeMillis() {
- 2 timeval time;
- 3 int status = gettimeofday(&time, NULL);
- 4 assert(status != -1, "linux error");
- 5 return jlong(time.tv_sec) * 1000 + jlong(time.tv_usec / 1000);
- 6 }
native Code
挖源码就到此为止,因为已经有国外大佬深入到了汇编的级别来探究,详情可以参见《The Slow currentTimeMillis()》这篇文章,我就不班门弄斧了。简单来讲就是:
调用gettimeofday()需要从用户态切换到内核态;
gettimeofday()的表现受Linux系统的计时器(时钟源)影响,在HPET计时器下性能尤其差;
系统只有一个全局时钟源,高并发或频繁访问会造成严重的争用。
HPET计时器性能较差的原因是会将所有对时间戳的请求串行执行。TSC计时器性能较好,因为有专用的寄存器来保存时间戳。缺点是可能不稳定,因为它是纯硬件的计时器,频率可变(与处理器的CLK信号有关)。关于HPET和TSC的细节可以参见https://en.wikipedia.org/wiki/High_Precision_Event_Timer与https://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter。
另外,可以用以下的命令查看和修改时钟源。
- 1 ~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource
- 2 tsc hpet acpi_pm
- 3 ~ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource
- 4 tsc
- 5 ~ echo 'hpet' > /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource
命令
如何解决这个问题?最常见的办法是用单个调度线程来按毫秒更新时间戳,相当于维护一个全局缓存。其他线程取时间戳时相当于从内存取,不会再造成时钟资源的争用,代价就是牺牲了一些精确度。具体代码如下。
- 1 public class CurrentTimeMillisClock {
- 2 private volatile long now;
- 3
- 4 private CurrentTimeMillisClock() {
- 5 this.now = System.currentTimeMillis();
- 6 scheduleTick();
- 7 }
- 8
- 9 private void scheduleTick() {
- 10 new ScheduledThreadPoolExecutor(1, runnable -> {
- 11 Thread thread = new Thread(runnable, "current-time-millis");
- 12 thread.setDaemon(true);
- 13 return thread;
- 14 }).scheduleAtFixedRate(() -> {
- 15 now = System.currentTimeMillis();
- 16 }, 1, 1, TimeUnit.MILLISECONDS);
- 17 }
- 18
- 19 public long now() {
- 20 return now;
- 21 }
- 22
- 23 public static CurrentTimeMillisClock getInstance() {
- 24 return SingletonHolder.INSTANCE;
- 25 }
- 26
- 27 private static class SingletonHolder {
- 28 private static final CurrentTimeMillisClock INSTANCE = new CurrentTimeMillisClock();
- 29 }
- 30 }
使用的时候,直接CurrentTimeMillisClock.getInstance().now()
就可以了。不过,在System.currentTimeMillis()的效率没有影响程序整体的效率时,就不必忙着做优化,这只是为极端情况准备的。
其他不涉及到时间戳的方法:System.currentTimeMillis
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