System.currentTimeMillis() 竟然存在性能问题？
- 2019 年 10 月 31 日
- 笔记
来源：https://dwz.cn/M1NXgypa
在之前的文章中就提到了，System.currentTimeMillis()并非最佳实践。但是令人没想到的是，除了精度问题，竟还存在性能问题。
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。
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"); } }
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。
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); }
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，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）。
另外，可以用以下的命令查看和修改时钟源。
~ 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：
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。
