不敢相信？System.currentTimeMillis()存在性能問題

System.currentTimeMillis()是極其常用的基礎(chǔ)Java API，廣泛地用來獲取時(shí)間戳或測(cè)量代碼執(zhí)行時(shí)長等，在我們的印象中應(yīng)該快如閃電。但實(shí)際上在并發(fā)調(diào)用或者特別頻繁調(diào)用它的情況下（比如一個(gè)業(yè)務(wù)繁忙的接口，或者吞吐量大的需要取得時(shí)間戳的流式程序），其性能表現(xiàn)會(huì)令人大跌眼鏡。

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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(zhí)行結(jié)果如下圖。

可見，并發(fā)調(diào)用System.currentTimeMillis()一百次，耗費(fèi)的時(shí)間是單線程調(diào)用一百次的250倍。如果單線程的調(diào)用頻次增加（比如達(dá)到每毫秒數(shù)次的地步），也會(huì)觀察到類似的情況。實(shí)際上在極端情況下，System.currentTimeMillis()的耗時(shí)甚至?xí)葎?chuàng)建一個(gè)簡單的對(duì)象實(shí)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。

為什么會(huì)這樣？

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

挖源碼就到此為止，因?yàn)橐呀?jīng)有國外大佬深入到了匯編的級(jí)別來探究，詳情可以參見《The Slow currentTimeMillis()》這篇文章。簡單來講就是：

• 調(diào)用gettimeofday()需要從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)；

• gettimeofday()的表現(xiàn)受Linux系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器（時(shí)鐘源）影響，在HPET計(jì)時(shí)器下性能尤其差；

• 系統(tǒng)只有一個(gè)全局時(shí)鐘源，高并發(fā)或頻繁訪問會(huì)造成嚴(yán)重的爭用。

HPET計(jì)時(shí)器性能較差的原因是會(huì)將所有對(duì)時(shí)間戳的請(qǐng)求串行執(zhí)行。TSC計(jì)時(shí)器性能較好，因?yàn)橛袑Ｓ玫募拇嫫鱽肀４鏁r(shí)間戳。缺點(diǎn)是可能不穩(wěn)定，因?yàn)樗羌冇布挠?jì)時(shí)器，頻率可變（與處理器的CLK信號(hào)有關(guān)）。關(guān)于HPET和TSC的細(xì)節(jié)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(shí)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(gè)問題？

最常見的辦法是用單個(gè)調(diào)度線程來按毫秒更新時(shí)間戳，相當(dāng)于維護(hù)一個(gè)全局緩存。其他線程取時(shí)間戳?xí)r相當(dāng)于從內(nèi)存取，不會(huì)再造成時(shí)鐘資源的爭用，代價(jià)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();
?}
}

使用的時(shí)候，直接 CurrentTimeMillisClock.getInstance().now()就可以了。

不過，在System.currentTimeMillis()的效率沒有影響程序整體的效率時(shí)，就完全沒有必要做這種優(yōu)化，這只是為極端情況準(zhǔn)備的。

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