为什么我的 JVM 会进行一些运行时循环优化并使我的代码出现错误？答案

【问题标题】：Why is my JVM doing some runtime loop optimization and making my code buggy?为什么我的 JVM 会进行一些运行时循环优化并使我的代码出现错误？
【发布时间】：2013-06-14 12:00:48
【问题描述】：

考虑下面的java代码：

public int main() {
    int i = 1111;

    for (; rules(i) != true && i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
        //LOG.debug("Testing i: " + i);
    }

    System.out.println("The mystery number is: " + i);

    return i;
}

protected boolean rules(int nb) {
    //...
}

我发现即使for循环继续求值是true，当循环体为空时，循环也会停止执行。

main 的最终结果是错误的（i 大约 98% 的时间是 16698，有时会更高/更低）。

如果我从循环体中取消注释 LOG 语句，循环将继续运行，直到循环继续评估为 false。

我使用的 JVM 是 MacOS X VM 1.6.0。

它是否在进行某种运行时优化？
这种运行时优化是否可以视为错误？
或者是否在 Java 规范中的某处说过，继续评估不应运行函数式操作？

ps：完整代码源 + 其单元测试可在此处获得：https://gist.github.com/dirtyhenry/5804130

更新：

我只通过 junit 运行代码。 junit 会为这种行为负责吗？

更新 2：

java -version

返回：

java version "1.6.0_51"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_51-b11-456-11M4508)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 20.51-b01-456, mixed mode)

【问题讨论】：

正如我的问题底部提到的，完整的实现+我用来调查问题的单元测试在要点gist.github.com/dirtyhenry/5804130中提供
尝试从int切换到long。也许有一个静默值溢出。
@spas：有趣的是，当从int 切换到long 并保持一个空循环时，我得到了正确的结果。不过有趣的是，因为 16698 与 Java 中 int 的最大值相差甚远（2147483647，参见docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/…）
如果您提及“正确”答案可能会有所帮助。（如果不是 16 698，那又是什么呢？）另外，你能用更简单的“规则（i）”测试来重现这个吗？
我认为“正确”的答案是 Integer.MAX_VALUE，即当 i 增加到预期的最大值时满足循环条件

标签： java macos jvm runtime compiler-optimization

【解决方案1】：

尝试用任何其他（未注释的）有效语句替换日志记录语句，然后循环也会按预期运行。它绝对是 JVM 代码优化策略。我认为JVM没有理由无缘无故地在循环中循环。

【讨论】：

【解决方案2】：

我在 SO 上看到了一些关于循环优化的参考，仅在超过 10000 次迭代后才会发生。也许这就是为什么“幻数”经常在 16000 左右？

这里有一个很好的讨论

JVM option to optimize loop statements

【讨论】：

【解决方案3】：

什么都不做循环和条件可以被 JIT 编译器优化掉，这绝对是正在发生的事情。

【讨论】：

【解决方案4】：

在将其转换为常规 Java/主程序（即 public static void main( String[] args )，不要将“主”名称用于其他目的）之后，我已经尝试过了。我已将规则（ nb ）实施为'return false;'并且它总是停在 2147483647。我也尝试过'return Math.random()

我认为在您的情况下，rules() 中发生了一些事情，javac 不能仅仅因为主体为空而跳过循环，您在可能想要遍历的条件下编写了代码。我写了这样的循环： while ( DORunThis() );一直运行，直到方法返回 false，如预期的那样。

顺便说一句：

!rules (i) 比丑陋的更简洁优雅：rules(i) != true

也许你并不真正想要：i

for (; !rules ( i ) && i != Integer.MAX_VALUE; i++ );

它也能够为 MAX_VALUE 评估 rules()。

【讨论】：

【解决方案5】：

您的另一个选择是在块内运行规则测试。 JIT 编译器可能会抛出循环，因为它是空的。试试这样的：

public int main() {
    int i = 1111;

    for (; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
        boolean completed = !rules(i);
        if (completed) {
            break;
        }
    }

    System.out.println("The mystery number is: " + i);

    return i;
}

【讨论】：

【解决方案6】：

我在这里遇到了类似的问题：Near empty Java For-Loop acts strange 您应该尝试使用 JVM 1.7 或尝试使用 while 循环：

public int main() {
    int i = 1111;

    while(i < Integer.MAX_VALUE){
        if (!rules(i)) {
            break;
        }
        i++
    }

    System.out.println("The mystery number is: " + i);

    return i;
}

【讨论】：

【解决方案7】：

我使用 jdk 1.7.0_21 测试了您的代码，无论是否使用 LOG.debug 语句，它都返回了相同的结果 942210。

    int i = 0;
    for( ; !rules(i) && i < Integer.MAX_VALUE ; i++ ){
        //LOG.debug( "test " + i );
    }
    System.out.println( "i is " + i );

我还打印了两个版本的字节码（空循环）

   0: aload_0       
   1: invokespecial #3                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
   4: iconst_0      
   5: istore_1      
   6: aload_0       
   7: iload_1       
   8: invokevirtual #4                  // Method rules:(I)Z
  11: ifne          26
  14: iload_1       
  15: ldc           #5                  // int 2147483647
  17: if_icmpge     26
  20: iinc          1, 1
  23: goto          6
  26: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
  29: new           #7                  // class java/lang/StringBuilder
  32: dup           
  33: invokespecial #8                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
  36: ldc           #9                  // String i is 
  38: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  41: iload_1       
  42: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
  45: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
  48: invokevirtual #13                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  51: return

带有调试打印输出的循环

   0: aload_0       
   1: invokespecial #3                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
   4: iconst_0      
   5: istore_1      
   6: aload_0       
   7: iload_1       
   8: invokevirtual #4                  // Method rules:(I)Z
  11: ifne          48
  14: iload_1       
  15: ldc           #5                  // int 2147483647
  17: if_icmpge     48
  20: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder
  23: dup           
  24: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
  27: ldc           #8                  // String test 
  29: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  32: iload_1       
  33: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
  36: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
  39: invokestatic  #12                 // Method LOG.debug:(Ljava/lang/String;)V
  42: iinc          1, 1
  45: goto          6
  48: getstatic     #13                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
  51: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder
  54: dup           
  55: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
  58: ldc           #14                 // String i is 
  60: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  63: iload_1       
  64: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
  67: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
  70: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  73: return

如您所见，循环结构是相同的。 20 - 39 只是构造字符串并调用 LOG.debug。

所以，这可能是一个 jdk 问题。尝试 1.7，它应该可以工作。

【讨论】：