Math.log() 的死代码消除如何在 JMH 示例中工作

Question

每个尝试利用 JMH 框架创建一些有意义的测试的人都会遇到 JMH 示例测试 (http://hg.openjdk.java.net/code-tools/jmh/file/tip/jmh-samples/src/main/java/org/openjdk/jmh/samples/)。 当我们浏览它们时，我们被死代码消除（JMHSample_08_DeadCode.java）卡住了。

摘录：

private double x = Math.PI;

@Benchmark
public void baseline() {
 // do nothing, this is a baseline
}

@Benchmark
public void measureWrong() {
 // This is wrong: result is not used, and the entire computation is optimized out.
 Math.log(x);
}

measureWrong() 的测量值大约为 与基线测试相同。因为返回值 Math.log() 从未使用过。因此 HotSpot 编译器 将消除死代码。好的，明白了，但是编译器如何决定可以消除 Math.log()。

当我们仔细观察测试时，我们注意到 Math.log() 是一个本地方法。 并且本机调用进入操作系统并执行相应的库。正确的？ 这导致我们假设，如果本地调用的返回值没有被使用并且它们不执行 io 操作，编译器可以消除它们。

我们想知道如果 lib 驻留在操作系统中的某个位置并处理来自 java 世界的本机调用会怎样 不提供返回值，但执行 io 操作（例如日志记录）。 这些指令会被彻底清除吗？

为了证明我们的假设，我们使用简单的 JMH 测试和本地调用重构了场景。 我们编译了三个 c-native 库来执行：

1. 返回 42
2. 参数添加
3. 空文件创建

正如我们在 JMH 测试中所称的那样（类似于 measureWrong() 测试），它们都没有被消除，即使是不执行 io 操作的那个也没有。 由于测试结果无法证实我们的假设。本机调用无法优化，这意味着 Math.log() 和自定义本机调用没有相同的基础。他们不是平等的本地人。也许我们在原生 lib 代码中犯了一个错误，至少应该取消 test 1 的原生调用。如果这是真的，我们将与您分享我们的代码。

所以我们进一步搜索并找到了一个术语 Intrinsics ，其中 java 代码将替换为 对应架构非常优化的代码。 java.lang.Math.log() 具有这样的内在实现。 Natives和Intrinsics之间有什么关系吗？ 如果上述 Natives 和 Intrinsics 之间的关系假设成立，编译器会执行以下步骤来消除 native 调用吗？

• 在编译时，HotSpot 会检查 Math.log() 的内部实现（在 jdk 中？）是否存在，并用该代码替换 Math.log()。
• 然后第二次检查发生在 HotSpot 查看方法的返回值的位置。根据这个结果，HotSpot 决定完全消除 Math.log() 调用。

Answer 1

当我们仔细观察测试时，我们注意到 Math.log() 是一个本地方法。并且本机调用进入操作系统并执行相应的库。对吧？

本机调用不会转到操作系统，而是通过 JNI 转到本机库。这可能最终会进入操作系统，或者可能会进入某些用户提供的库。对于 JDK 中的本地方法，我们还可以预期一些本地调用被编译为内部函数。

这导致我们假设，如果本地调用的返回值没有被使用并且它们不执行 io 操作，编译器可以消除它们。

JVM 不会查看任意本机调用来确定它们可能具有或不具有何种副作用。这意味着本机调用确实是作为方法调用进行的（在汇编级别，您跳转到某处的外部代码，堆栈上的另一个框架等）。这也意味着 JVM 无法消除它们或它们的依赖输入。

无法优化原生调用，这意味着 Math.log() 和自定义原生调用没有相同的基础。

是的。

Natives 和 Intrinsics 之间有什么关系吗？

一些原生 JDK 方法是内在函数。但是普通的 JDK 方法也可以是内在函数。内在方法的集合也因不同的 JVM 不同而不同。

如果以上对 Natives 和 Intrinsics 关系的假设成立，编译器是否会执行以下步骤来消除 native 调用？

Math.log 函数在 C2 编译器 IR（中间表示）中转换为特殊节点。这个节点可以被优化掉，因为它没有副作用，而且它的值永远不会被使用。如果使用该值，则 JVM 知道为此节点发出专门的机器代码。

总结： 内在函数是内置在 JVM 编译器中的优化方法替换。它们可用于将任何方法（本机或其他）替换为：

1. 专门的汇编代码
2. 专用 IR 码
3. 内部 JVM 方法调用
4. 以上的组合