在Java中用Go和FFM实现更快的Reed-Solomon


Java负责写业务逻辑,Go负责跑性能关键路径,FFM负责当“婚姻介绍所”

2015年,Backblaze公司高调开源了他们的 JavaReedSolomon库,宣称这是“第一个可用于生产的Java实现”。这话听起来像极了某位程序员在相亲时说:“我虽然工资不高,但至少稳定。”——稳定是稳定,可速度?那真是一言难尽。

他们用Reed-Solomon算法来对抗数据丢失,原理嘛,简单粗暴:把一段数据切成若干“数据块”,再算出几个“校验块”。万一硬盘坏了几个块,只要剩下的够多,就能像拼图一样复原。听起来很聪明,对吧?毕竟比起直接三副本复制,这能省下不少硬盘钱——Backblaze省下的可都是真金白银。

但问题是,他们的Java实现,跑在一台M1 Max的MacBook Pro上,速度只有1000 MB/s。什么概念?这速度还不如我老家那台十年前的机械硬盘在梦里跑得快。而与此同时,SSD已经飙到了15,000 MB/s,现代哈希函数更是轻松突破40,000 MB/s。相比之下,JavaReedSolomon就像个穿着拖鞋参加百米赛跑的选手,还在认真系鞋带。

你说Java不行?不,问题不在语言本身,而在——它太“文明”了。它讲究GC、讲究内存安全、讲究优雅抽象,却忘了在高性能计算的世界里,谁不玩SIMD,谁就是原始人

就在这时,一个叫Klaus Post的丹麦程序员,默默用Go语言重写了Reed-Solomon( Go reimplementation!)。他没搞什么花里胡哨的设计模式,也没写一堆单元测试文档,而是直接掏出NEON、AVX、AVX512、SVE这些现代CPU的“核武器”,用汇编级别的优化,把算法塞进了向量寄存器里。

结果呢?

12,222 MB/s,12倍于Java
10MB大块数据下更是飙到47,178 MB/s,47倍

这哪是优化,这简直是拿火箭推进器改装自行车。

你可能会问:Go真的比Java快这么多?不,真相更讽刺——Go本身并不快,是Klaus Post的汇编代码快。他写的Go代码里,核心部分全是手写的SIMD汇编,专为现代CPU设计。而Java这边,还在用“for循环”一步步算伽罗瓦域乘法,仿佛在用算盘挑战超级计算机。

更讽刺的是,当你把Go的汇编优化关掉(-tags noasm),让它老老实实跑纯Go代码,速度立刻跌回680 MB/s,甚至比Java还慢。而JavaReedSolomon在多线程下,居然反超了“无汇编Go”——这简直是编程界的“龟兔赛跑”现实版:Go这只兔子一觉醒来,发现乌龟已经冲过终点,还顺便发了个朋友圈。

作为一个Java程序员,看到这一幕,内心是崩溃的。你想优化?可你不懂SIMD。你想学AVX-512?可你连伽罗瓦域是啥都解释不清。你甚至不知道_mm256_mullo_epi32是干嘛的,只知道它看起来像某种神秘咒语。

于是,你只能低头,向Go求援。不是“学习”,而是“乞讨”——能不能让我用你的汇编快车道,但继续写Java

答案是:能,但方式极其荒诞。

你得把Go代码编译成一个动态库(.so / .dylib),然后通过JNI或更现代的Foreign Function & Memory API(FFM),从Java里调用它。这就像你不会做饭,但你家隔壁有个米其林大厨,于是你每天端着锅去他家灶上炒两下,再端回自己家吃。

更荒诞的是,Go默认不支持C风格的动态库导出,你得加个import "C",再用//export注解标记函数,还得写一堆“胶水代码”把Go的切片转成C的指针数组。整个过程就像在用乐高积木拼一台F1赛车——理论上可行,但每一步都让你怀疑人生。

FFM登场,Java终于“现代化”了一回

好在,2025年的Java 24终于把FFM从“预览功能”转正了。这意味着你不用再写恶心的JNI胶水代码,而是可以用jextract工具,自动生成Java端的绑定类。这就像终于有了个翻译器,不用再用手比划着点菜。

你只需要一个头文件(Go生成的libjagors.h),jextract就能给你生成MemorySegment版的接口。然后你就可以在Java里像调用普通方法一样,传一个MemorySegment进去,Go那边自动转成unsafe.Pointer,再用指针算术切成一个个数据块。

整个过程行云流水,仿佛语言之间的高墙终于被推倒。但实际上,你只是把“语言互操作”的复杂性,从程序员的脑子里,转移到了JVM和Go运行时的底层调度中。而这两者,一个用GC管理内存,一个用Goroutine调度线程——它们能和平共处,纯属奇迹。

性能测试——Java的“虚假胜利”与Go的“调度暴政”

你以为调用Go代码就万事大吉?不,更大的坑在等着你。

你跑基准测试,发现单线程Java调用Go,速度居然达到了26,867 MB/s,比原生Go还快!你正准备发朋友圈炫耀,结果一查CPU,发现Go调度器偷偷开了10个核心并行跑!而你的Java代码明明只用了一个线程。

这就像你雇了个工人搬砖,结果他私自找了9个兄弟一起干,工程提前完工,但工资还是只付一份。Go的runtime.GOMAXPROCS默认启用所有核心,根本不管你Java这边是不是单线程调用。

于是你只能加个jagors_set_maxprocs(1),手动把Go调度器锁死在单核。这下公平了,速度也降回合理范围:200KB数据下11532 MB/s,10MB下8959 MB/s——依然是Java的10倍以上。

但更离谱的是,当你把Java线程开到100,Go调度器放开,速度居然冲到59,920 MB/s!这说明:Java的瓶颈从来不是语言,而是它不敢“野蛮”。而Go,只要你不拦它,它就能榨干每一颗CPU核心。


最终数据出炉:

- 单线程Java调用Go汇编:比原生Java快11倍(200KB),9倍(10MB)
- 全核并行:快7.6倍6.9倍
- Java单线程 + Go多线程:快26倍53倍

最高速度甚至达到95,000 MB/s,接近内存带宽极限。

所以,我们成功了?
是的。但我们成功的是什么?是Java的胜利吗?不,是Go的胜利
汇编的胜利
放弃抽象、拥抱硬件的胜利

Java程序员终于可以自豪地说:“我们的Reed-Solomon现在很快!”——前提是,我们偷偷用了Go写的汇编代码,并通过FFM“借壳上市”。

这就像一个素食主义者,为了补充蛋白质,开始偷偷吃牛肉,还对外宣称:“我这是植物基蛋白提取物。”


尾声:未来的希望?Java Vector API 能救场吗?

文章最后提到了Java Vector API,说它未来可能摆脱“孵化”状态,提供可移植的SIMD支持。这听起来很美好,但现实很骨感——目前的Vector API连Klaus Post的手写汇编的零头都追不上。

而且,谁能保证JVM的自动向量化,能比得上人类高手的手动调优?就像自动驾驶再厉害,也未必敢在F1赛道上和舒马赫比弯道。

所以,这场“语言战争”的结局或许是:
Java负责写业务逻辑,Go负责跑性能关键路径,FFM负责当“婚姻介绍所”

代码都在:in this repository.