[转]相同版本 JVM 和 Java 应用,在 x86 和AArch64 平台性能相差30%,何故?

2021-09-07 14:52:18 Author: blog.csdn.net 阅读量: 16 收藏

编者按:目前许多公司同时使用 x86 和 AArch64 2 种主流的服务器。这两种环境的算力相当,内存相同的情况下:相同版本的 JVM 和 Java 应用,相同的 JVM 参数,应用性能在不同的平台中表现相差 30%,x86 远好于 AArch64 平台。本文分析了一个应用在 AArch64 平台上性能下降的例子,发现 JVM 的 CodeCache 大小是引起这个性能问题的根源,进而研究什么导致了不同平台上 CodeCache 大小的不同。最后笔者给出了不同平台中该如何设置参数规避该问题。希望本文能给读者一些启示:当使用不同的硬件平台时需要关注底层硬件对于上层应用的影响。

业务在 x86 和 AArch64 上同时部署时(相同的 JDK 和 Java 应用版本),发现 AArch64 平台性能下降严重问题。进一步查看日志,发现在 AArch64 平台中偶有如下情况:

这代表 JVM 中的 CodeCache 满了,导致编译停止,未编译的方法只能解释执行,进而严重影响应用性能。那什么是 CodeCache

CodeCache 是什么

简单来说,CodeCache 用于存放编译后的方法,主要分为三部分:

  1. Non-nmethods:包括运行时 Stub,Adapter 等;

  2. Profiled nmethod:包括会采集信息的方法,即分层编译中第 2、3 层的方法;

  3. Non-Profiled nmethods:包括不采集信息的方法,即分层编译中第 1、4 层的方法,也包括 JNI 的方法。

注:分层编译指的是 JVM 同时存在 C1 和 C2 两种编译器,C1 做一些简单的编译优化,耗时较短,C2 做更多复杂的编译优化,性能较好,编译耗时较多。分层编译的触发在 JVM 内会根据相应的条件进行触发,关于更多分层编译相关知识可以参考相关资料 [1]。

在 JDK 9 之后 [2],这些会分配到不同的区域(使用不同区域的优点:查找、回收等),JDK 8 中会分配到同一块区域。

JVM 平时会清理一些不可达的方法,例如由于退优化等产生的死方法,另外 UseCodeCacheFlushing 选项(默认开启),还会清理较老以及执行较少的方法。一旦 CodeCache 满了之后,会停止编译,直到 CodeCache 有空间,若关闭了 UseCodeCacheFlushing 选项,则会直接永久停止编译。

不同的 JVM 版本以及不同的参数,默认的 CodeCache 大小不同。JDK 11 中默认参数下 CodeCache 大小为 240M,若想获取(确认)默认情况下的 CodeCache 大小,建议使用 - XX:+PrintFlagsFinal 选项获取 ReservedCodeCache 的大小。

CodeCache 大小主要通过以下选项调节:

OptionDescription
InitialCodeCacheSize初始的 CodeCache 大小(单位字节)
ReservedCodeCacheSize预留的 CodeCache 大小,即最大CodeCache 大小(单位字节)
CodeCacheExpansionSizeCodeCache 每次扩展大小(单位字节)

使用–XX:+PrintCodeCache 选项可以打印应用使用的 CodeCache 情况,如下:

其中 max_used 表示应用中使用到的 CodeCache 大小,据此可以设置合适的 ReservedCodeCacheSize 值。

AArch64 vs x86_64

我们都知道 AArch64 和 x86 分别为 RISC 和 CISC 架构,因此代码密度方面存在一定差异,在这篇文章 [3] 中比较了不同指令集下手写汇编的大小,可以看到 AArch64 的代码密度是 RISC 架构中较优的,但相比 x86_64 仍稍差些(其中 RISC 最差,m68k 最好)。

另外笔者选用业界通用的 java 测试套 dacapo[4] 比较 AArch64 和 x86_64 下 CodeCache 占用的大小。

可以看到,在 AArch64 架构下,CodeCache 均比 x86_64 要大,但根据不同场景,大小差距不同,在 5%-20% 之间。因此在我们发现相同应用在 x86 和 AArch64 上时,CodeCache 大小需要进行相应的调节。

除此之外,还需要注意 InlineSmallCode 选项,JVM 只会 inline 代码体积比该值小的方法。JVM 通过 inline 可以触发更多的优化,因此 inline 对于性能提升也很重要。在 JDK 11 中,InlineSmallCode 在 x86 下的默认值为 2000 字节,在 AArch64 下的默认值为 2500 字节。而 JDK 8 中,InlineSmallCode 在 x86 和 AArch64 下默认值均为 2000 字节。因此建议迁移时也相应修改 InlineSmallCode 的值。业务通过对 CodeCache 相关参数的调整,达到助力 JIT 的最佳编译效果。

后记

如果遇到相关技术问题(包括不限于毕昇 JDK),可以进入毕昇 JDK 社区查找相关资源(点击原文进入官网),包括二进制下载、代码仓库、使用教学、安装、学习资料等。毕昇 JDK 社区每双周周二举行技术例会,同时有一个技术交流群讨论 GCC、LLVM、JDK 和 V8 等相关编译技术,感兴趣的同学可以添加如下微信小助手,回复 Compiler 入群。

参考

[1]http://cr.openjdk.java.net/~thartmann/talks/2017-hotspot_under_the_hood.pdf

[2]https://bugs.openjdk.java.net/browse/jdk-8015774

[3]http://web.eece.maine.edu/~vweaver/papers/iccd09/ll_document.pdf

[4]http://dacapobench.org/




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