System.currentTimeMillis的性能真有如此不堪吗？

Posted 2021-08-22 Java知音_

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来源：juejin.cn/post/6887743425437925383

疑惑，System.currentTimeMillis真有性能问题？

最近我在研究一款中间件的源代码时，发现它获取当前时间不是通过System.currentTimeMillis，而是通过自定义的System.currentTimeMillis的缓存类（见下方），难道System.currentTimeMillis的性能如此不堪吗？竟然要通过自定义的缓存时钟取而代之？

/**
 * 弱精度的计时器，考虑性能不使用同步策略。
 * 
 * @author mycat
 */
public class TimeUtil {
    //当前毫秒数的缓存
    private static volatile long CURRENT_TIME = System.currentTimeMillis();

    public static final long currentTimeMillis() { return CURRENT_TIME; }
    public static final long currentTimeNanos() { return System.nanoTime(); }
 //更新缓存
    public static final void update() { CURRENT_TIME = System.currentTimeMillis(); }

}
//使用定时任务调度线程池，定期（每1s）调用update方法更新缓存时钟
heartbeatScheduler.scheduleAtFixedRate(processorCheck(), 0L, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

为了跟紧时代潮流，跟上性能优化“大师”们的步伐，我赶紧上网搜了一下“currentTimeMillis性能”，结果10个搜索结果里面有9个是关于system.currentTimeMillis性能问题的：

点开一看，这个说System.currentTimeMillis 比 new一个普通对象耗时还要高100倍左右，那个又拿出测试记录说System.currentTimeMillis并发情况下耗时比单线程调用高250倍

思索，System.currentTimeMillis有什么性能问题

看到这里，我恨不得马上打开IDEA，把代码里所有System.currentTimeMillis都给换掉，但是作为一个严谨的程序员，怎么能随波逐流，人云亦云呢？于是我仔细地拜读了这些文章，总结了他们的观点：

• System.currentTimeMillis要访问系统时钟，这属于临界区资源，并发情况下必然导致多线程的争用

• System.currentTimeMillis()之所以慢是因为去跟系统打了一次交道

• 我有测试记录，并发耗时就是比单线程高250倍！

但我细品一番，发现这些观点充满了漏洞：

1.System.currentTimeMillis 确实要访问系统时钟，准确的说，是读取墙上时间（xtime），xtime是Linux系统给用户空间用来获取当前时间的，内核自己基本不会使用，只是维护更新。而且读写xtime使用的是Linux内核中的顺序锁，而非互斥锁，读线程间是互不影响的

大家可以把顺序锁当成是解决了“ABA问题”的CompareAndSwap锁。对于一个临界区资源（这里是xtime），有一个操作序列号，写操作会使序列号+1，读操作则不会。

• 写操作：CAS使序列号+1

• 读操作：先获取序列号，读取数据，再获取一次序列号，前后两次获取的序列号相同，则证明进行读操作时没有写操作干扰，那么这次读是有效的，返回数据，否则说明读的时侯可能数据被更改了，这次读无效，重新做读操作。

大家可能有个疑问：读xtime的时候数据可能被更改吗？难度读操作不是原子性的吗？这是因为xtime是64位的，对于32位机器是需要分两次读的，而64位机器不会产生这个并发的问题。

2.跟系统打了一次交道，确实，用户进程必须进入内核态才能访问系统资源，但是，new一个对象，分配内存也属于系统调用，也要进内核态跟系统打交道，难道只是读一下系统的墙上时间，会比移动内存指针，初始化内存的耗时还要高100倍吗？匪夷所思

3.至于所谓的测试记录，给大家看一下他的测试代码：

这个测试代码的问题在于闭锁endLatch.countDown的耗时也被算进总体耗时了，闭锁是基于CAS实现的，在当前这样的计算密集型场景下，大量线程一拥而上，几乎都会因CAS失败而被挂起，大量线程挂起、排队、放下的耗时可不是小数目。

其次使用这种方法（执行开始到执行完毕）来对比并发和单线程的调用耗时也有问题，单线程怎么和多线程比总的执行时间？能比的应该是每次调用的耗时之和才对（见下）

long begin = System.nanoTime();
//单次调用System.currrentTimeMillis()
long end = System.nanoTime();
sum += end - begin;

记录每次调用的总耗时，这种方法虽然会把System.nanoTime()也算进总耗时里，但因为不论并发测试还是单线程测试都会记录System.nanoTime()，不会导致测试的不公平

数据说话，System.currentTimeMillis的性能没有问题

通过改进测试代码（测试代码见文末），并添加了优化“大师”们的缓存时钟做对比，我得到了以下数据：

System代表 System.currentTimeMillis

缓存时钟代表 使用静态成员变量做System.currentTimeMillis缓存的时钟类

200线程-Tomcat的默认线程数

使用JMH（Java基准测试框架）的测试结果

JMH按照推荐使用了双倍CPU的线程数（8线程），统计的是平均时间，测试代码见文末 另外Windos和Linux配置不同，彼此间无可比性

测试结果分析

可以看到System.currentTimeMillis并发性能并不算差，在次数较少（短期并发调用）的情况下甚至比单线程要强很多，而在单线程调用时效率也要比缓存时钟要高一倍左右。实际环境中几乎是达不到上述测试中的多线程长时间并发调用System.currentTimeMillis这样的情况的，因而我认为没有必要对System.currentTimeMillis做所谓的“优化”

这里没有做“new一个对象”的测试，是因为并不是代码里写了new Object()，JVM就会真的会给你在堆内存里new一个对象。

这是JVM的一个编译优化——逃逸分析：先分析要创建的对象的作用域，如果这个对象只在一个method里有效（局部变量对象），则属于未 方法逃逸，不去实际创建对象，而是你在method里调了对象的哪个方法，就把这个方法的代码块内联进来。只在线程内有效则属于未 线程逃逸，会创建对象，但会自动消除我们做的无用的同步措施。

最后

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

想要学习JMH，请跟着GitHub官方文档走，别人的博客可能跑不通就搬上去了，笔者也是刚刚踩过了这个坑

最后奉上我的测试代码

测试代码：

public class CurrentTimeMillisTest {

    public static void main(String[] args) {
        int num = 10000000;
        System.out.print("单线程"+num+"次System.currentTimeMillis调用总耗时：    ");
        System.out.println(singleThreadTest(() -> {
            long l = System.currentTimeMillis();
        },num));
        System.out.print("单线程"+num+"次CacheClock.currentTimeMillis调用总耗时：");
        System.out.println(singleThreadTest(() -> {
            long l = CacheClock.currentTimeMillis();
        },num));
        System.out.print("并发"+num+"次System.currentTimeMillis调用总耗时：      ");
        System.out.println(concurrentTest(() -> {
            long l = System.currentTimeMillis();
        },num));
        System.out.print("并发"+num+"次CacheClock.currentTimeMillis调用总耗时：  ");
        System.out.println(concurrentTest(() -> {
            long l = CacheClock.currentTimeMillis();
        },num));
    }



    /**
     * 单线程测试
     * @return
     */
    private static long singleThreadTest(Runnable runnable,int num) {
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            long begin = System.nanoTime();
            runnable.run();
            long end = System.nanoTime();
            sum += end - begin;
        }
        return sum;
    }

    /**
     * 并发测试
     * @return
     */
    private static long concurrentTest(Runnable runnable,int num) {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(200,200,60, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(num));
        long[] sum = new long[]{0};
        //闭锁基于CAS实现，并不适合当前的计算密集型场景，可能导致等待时间较长
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(num);
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threadPoolExecutor.submit(() -> {
                long begin = System.nanoTime();
                runnable.run();
                long end = System.nanoTime();
                //计算复杂型场景更适合使用悲观锁
                synchronized(CurrentTimeMillisTest.class) {
                    sum[0] += end - begin;
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return sum[0];
    }


    /**
     * 缓存时钟，缓存System.currentTimeMillis()的值，每隔20ms更新一次
     */
    public static class CacheClock{
        //定时任务调度线程池
        private static ScheduledExecutorService timer = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
        //毫秒缓存
        private static volatile long timeMilis;      
        static {
            //每秒更新毫秒缓存
            timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    timeMilis = System.currentTimeMillis();
                }
            },0,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
        
        public static long currentTimeMillis() {
            return timeMilis;
        }
    }
}

使用JMH的测试代码：

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
//120轮预热，充分利用JIT的编译优化技术
@Warmup(iterations = 120,time = 1,timeUnit = TimeUnit.MILLISECONDS)
@Measurement(time = 1,timeUnit = TimeUnit.MICROSECONDS)
//线程数：CPU*2（计算复杂型，也有CPU+1的说法）
@Threads(8)
@Fork(1)
@State(Scope.Benchmark)
public class JMHTest {

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        testNTime(10000);
    }

    private static void testNTime(int num) throws RunnerException {
        Options options = new OptionsBuilder()
                .include(JMHTest.class.getSimpleName())
                .measurementIterations(num)
                .output("E://testRecord.log")
                .build();
        new Runner(options).run();
    }


    /**
     * System.currentMillisTime测试
     * @return 将结果返回是为了防止死码消除（编译器将 无引用的变量 当成无用代码优化掉）
     */
    @Benchmark
    public long testSystem() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 缓存时钟测试
     * @return
     */
    @Benchmark
    public long testCacheClock() {
        return JMHTest.CacheClock.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 缓存时钟，缓存System.currentTimeMillis()的值，每隔1s更新一次
     */
    public static class CacheClock{
        private static ScheduledExecutorService timer = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
        private static volatile long timeMilis;
        static {
            timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    timeMilis = System.currentTimeMillis();
                }
            },0,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
        public static long currentTimeMillis() {
            return timeMilis;
        }
    }
}

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