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部分人说 Java 的性能已经达到甚至超过 C++,是真的吗?

作者:互联网

好多Java程序员都说由于JIT技术的引入,Java的性能已经和C++一样了,而且Java的开发效率极高,可以省下60%的时间。请问事实真的是这样吗?我平常也都在写这两个语言,但是因为开发的软件的复杂度不大,并没有感觉到性能和开发效率有太大的差异,如果真的如那些Java程序员所说的那样,为什么主流的游戏引擎都不用Java实现呢?而且教育版的Minecraft为什么要用C++重写呢?

游戏/CAD本来就是C++的核心阵地,特别难被其它语言取代。(科学计算/网络服务方面的强势则更多是惯性使然)在这个场景下Java和C++有明显的性能差距,不代表别的场景下两者性能不能接近。

这类场景的特点是什么呢?操作一大堆各种类型小对象的复杂代码。

大量小对象

多种类型

代码量大

缺一不可。

这类任务说到底就是模拟。Bjarne Stroustrup创造C++就是为了做模拟,并非偶然。

Memory wall是越来越高的。Memory is the new disk. 对于这类任务,不是说你JIT生成了理论上最少cycle数的代码,性能就比肩C/C++了,还要看对象的内存布局。内存布局不能和C/C++一样紧凑的话,可能从起跑线上就已经输了。

比如最简单的对象:

struct Point {

float x;

float y;

float z;

};

C/C++的内存布局:

<img src="https://pic1.zhimg.com/994bbb21a2c2dff43a30fc68d8877bc0_b.png" data-rawwidth="180" data-rawheight="220" class="content_image" width="180">

不可能比这更紧凑了。

再看Java(当然,与JVM具体实现相关):

<img src="https://pic2.zhimg.com/c56ed90999816e9846719d3a653dd095_b.png" data-rawwidth="402" data-rawheight="272" class="content_image" width="402">

多出这12 bytes可能就是内循环能不能放进L1 cache,或者对象能不能放进一个cache line的区别(后者具体到这个例子里没问题)。

Java毕竟还有primitive types。换成一些脚本语言,比如Python,每个float还有自己的header,那更没法看了。这是一个struct。如果有嵌套的情况:

struct Line {

struct Point begin;

struct Point end;

};

C/C++:

<img src="https://pic4.zhimg.com/7e9c336be9085a3169b67ee73d0afccf_b.png" data-rawwidth="399" data-rawheight="373" class="content_image" width="399">

Java:

<img src="https://pic2.zhimg.com/d71be36c2b1cfe7370fb231619295cd5_b.png" data-rawwidth="807" data-rawheight="555" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="807" data-original="https://pic2.zhimg.com/d71be36c2b1cfe7370fb231619295cd5_r.jpg">

这就不只是多几个byte,还多了间址,有数据依赖。

再看数组:

struct Point v[100];

C/C++:

<img src="https://pic2.zhimg.com/7045a1b9b3078456f0edf0e1efbc5149_b.png" data-rawwidth="401" data-rawheight="423" class="content_image" width="401">

Java:

<img src="https://pic1.zhimg.com/1ebd05c48c441883202c772746ede3a8_b.png" data-rawwidth="869" data-rawheight="561" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="869" data-original="https://pic1.zhimg.com/1ebd05c48c441883202c772746ede3a8_r.jpg">

内存访问局部性差距比较大。回头看前面说的3点:

大量小对象

多种类型

代码量大

如果对象都是大块连续内存,比如1MB的文本块,那么object header和间址的开销就被吸收了。

如果不是类型多和代码量大,那么你不太需要C++的抽象能力,完全可以用C。

另一方面,如果类型少,你即使用Java也可以绕过语言的类型系统自己控制布局。比如Hive根本上只有Record一种对象重要,它就可以让Record大部分时间以序列化之后的形式作为内存中的一段连续字节,回避了以上各种开销。

而如果任务同时具备以上3个特点,那么对于Java(和其它高级语言),如果不能把内循环访问的对象的内存布局优化到和C/C++基本一致,那么即使JIT再先进,性能也难以接近C/C++。

所以你看到microbenchmark里JIT表现出色的往往是Fibonacci这种只涉及int和int[]的短循环/递归。别说Java JIT了,就是Python,PyPy在这类benchmark上也表现不错。然而就此推测PyPy开发游戏引擎的表现就不太靠谱。

对于JVM来说,Project Valhalla和Azul Systems的ObjectLayout似乎都在程序员手动生成近似C/C++的内存布局上下功夫。

好多Java程序员都说由于JIT技术的引入,Java的性能已经和C++一样了,而且Java的开发效率极高,可以省下60%的时间。请问事实真的是这样吗?我平常也都在写这两个语言,但是因为开发的软件的复杂度不大,并没有感觉到性能和开发效率有太大的差异,如果真的如那些Java程序员所说的那样,为什么主流的游戏引擎都不用Java实现呢?而且教育版的Minecraft为什么要用C++重写呢? 游戏/CAD本来就是C++的核心阵地,特别难被其它语言取代。(科学计算/网络服务方面的强势则更多是惯性使然)在这个场景下Java和C++有明显的性能差距,不代表别的场景下两者性能不能接近。 这类场景的特点是什么呢?操作一大堆各种类型小对象的复杂代码。 大量小对象 多种类型 代码量大 缺一不可。 这类任务说到底就是模拟。Bjarne Stroustrup创造C++就是为了做模拟,并非偶然。 Memory wall是越来越高的。Memory is the new disk. 对于这类任务,不是说你JIT生成了理论上最少cycle数的代码,性能就比肩C/C++了,还要看对象的内存布局。内存布局不能和C/C++一样紧凑的话,可能从起跑线上就已经输了。 比如最简单的对象: struct Point { float x; float y; float z; }; C/C++的内存布局

标签:javaJDK,java,虚拟机,布局,数据,代码,程序,面试,题目
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