Java中Valhalla项目提升近10倍性能

Valhalla 项目是针对 JVM 性能的重要项目，旨在优化内存布局和提高性能。该项目旨在支持自定义“基元”或值对象的创建，以获得更好的内存局部性和更高的性能。

在测试中，Valhalla 项目展现出了排序速度快9.7倍和累加器速度快12.5倍的惊人性能提升。

背景：Java 的内存模型及其对性能的影响
让我们看一下原始int[]和Integer[]的内存布局之间的区别：

• Java 中的每个对象都会在对象的开头保留一些元数据（也称为标头）。
• 对于原始情况，即int[]，我们只有一个对象（数组本身），并且单元格连续存储在内存中。
• 对于非原始情况，即Integer[]，我们有 5 个对象（数组和每个整数一个对象），并且“指针”连续存储，而实际数据很可能存储在内存中的某个位置以不连续的方式。这对性能不利。

非原始情况的对象存储对性能不利，因为：

• 访问整数（非原始）的值包括一次额外的内存访问
• 当我们从内存中读取一个值时，我们会读取 X 个字节，即使我们要读取的值（本例中为 int，4 个字节）小于 X。
• X 在大多数现代 CPU 中为 64，也称为 "缓存线"，是从内存中获取数据时的操作单位。

对于非原始（整数）数组，我们也会获取其前后的单元格，但这些单元格包含 "指针"，然后当我们访问实际数据时，例如 "1 "的单元格，我们会获取其前后的一些地址，但这些地址对我们来说很可能是无用的，它们不会包含任何其他单元格。

• 每个对象的元数据（标头）在 96-128bit 之间（在小人国项目之前），因此对于整数数组的每个单元来说，只需要 4 个字节，但我们却额外浪费了 12-16 个字节！这还会影响延迟，因为这些元数据也会被提取到 CPU 缓存中，因此我们能容纳的实际数据更少，需要访问主内存的次数也更多。

在 1995 年 Java 第一个版本问世时，上述情况还算可以，因为那时内存和 CPU 的速度差不多。

但在现代，CPU 的速度远远快于内存的速度，因此这种内存布局严重影响了性能。

什么Valhalla项目？
早在 2014 年，JEP-401 项目就已开始构思，这应该能让您了解到该项目有多么复杂，它旨在支持创建自定义 "基元 "或值对象。

这基本上意味着，让用户能够扁平化自己的对象，并享受基元的性能，但同时也会受到一些限制，我就不详细介绍了，因为该项目还未进入预览阶段，所以这些限制可能会发生变化。

让我们看看给定类 Point 的数组的内存布局将如何变化：

// Before
public class Point {
  private final int x;
  private final int y;
}

// After
public primitive class Point {
  private final int x;
  private final int y;
}

这极大地提高了内存的局部性，现在当我们想遍历所有点时，访问 p[0].x 时获取的缓存行将包含我们即将访问的一些单元格，如 p[0].y、p[1].x 等。

另一个最大的好处是节省内存，现在我们只需保留 1 个对象头（元数据），而不是 4 个。

Valhalla项目性能
我很想在集合中测试这些原始类，但由于 Valhalla 项目目前还只是勉强进入早期使用阶段，所以还不支持这些原始类。

我们将测试两种情况：

• 对 100 万个点进行排序，主要按 X 排序，次要按 Y 排序
• 使用不可变累加器计算 100 万个点的总和

• Java 22-valhalla
• 64 GB 内存
• 英特尔（R）酷睿（TM）i7-11850H 处理器

排序速度是原来的 9.7 倍，而累加器速度是原来的 12.5 倍！.....！

最让我印象深刻的其实不是这些数字本身，而是像 Java 这样古老的语言仍然可以做出如此根本性的改变，产生如此重大的影响

目前正在进行的所有令人惊叹的项目将在未来把 Java 带到何方，让我们拭目以待。