System.currentTimeMillis()存在性能问题
System.currentTimeMillis()是極其常用的基礎Java API，廣泛地用來獲取時間戳或測量代碼執行時長等，在我們的印象中應該快如閃電。但實際上在并發調用或者特別頻繁調用它的情況下（比如一個業務繁忙的接口，或者吞吐量大的需要取得時間戳的流式程序），其性能表現會令人大跌眼鏡。
直接看代碼
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");
}
}
執行結果如下圖。
可見，并發調用System.currentTimeMillis()一百次，耗費的時間是單線程調用一百次的250倍。如果單線程的調用頻次增加（比如達到每毫秒數次的地步），也會觀察到類似的情況。實際上在極端情況下，System.currentTimeMillis()的耗時甚至會比創建一個簡單的對象實例還要多，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。
為什么會這樣？
來到HotSpot源碼的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp文件中，有一個javaTimeMillis()方法，這就是System.currentTimeMillis()的native實現。
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);
}
挖源碼就到此為止，因為已經有國外大佬深入到了匯編的級別來探究，詳情可以參見《The Slow currentTimeMillis()》這篇文章。簡單來講就是：
-
調用gettimeofday()需要從用戶態切換到內核態；
-
gettimeofday()的表現受Linux系統的計時器（時鐘源）影響，在HPET計時器下性能尤其差；
-
系統只有一個全局時鐘源，高并發或頻繁訪問會造成嚴重的爭用。
HPET計時器性能較差的原因是會將所有對時間戳的請求串行執行。TSC計時器性能較好，因為有專用的寄存器來保存時間戳。缺點是可能不穩定，因為它是純硬件的計時器，頻率可變（與處理器的CLK信號有關）。關于HPET和TSC的細節可以參見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
如何解決這個問題？
最常見的辦法是用單個調度線程來按毫秒更新時間戳，相當于維護一個全局緩存。其他線程取時間戳時相當于從內存取，不會再造成時鐘資源的爭用，代價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，就完全沒有必要做這種優化，這只是為極端情況準備的。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的System.currentTimeMillis()存在性能问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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