JAVA比C++更快?

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2008-04-07 15:15 by 见习编辑 Eastsun 评论(22) 有18587人浏览

C++ C C# Java 八卦

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首先:我必须承让,我取JAVA比C++更快?为标题是有点故意吸引眼球的意思.
   事实上在本文中,我的主要目的不是为了证明或否定JAVA比C++更快这一个结论(事实上标题中的"?"已经隐含了这一点),而是通过引用几位JAVA大牛的文章深入JIT与Hotspot的实现原理,来说明为什么JAVA可以比C++更快.当然,在你有你自己的结论之前,我希望你能仔细看一下文中引用的几篇文章,而不是想当然.
    注意:文中大部分内容或结论是引用别人的文章,有一些是我自己的看法,文中用绿色标出.
   1.静态编译与Hotspot动态编译

    我们知道,C++相对Basic等解释型语言,之所以性能上有明显的优势,主要是因为C++在运行的时候已经通过编译器编译为二进制的机器语言,并且现代的编译器可以在编译的时候做大量的最优化处理;而Basic等解释型语言运行的时候是通过解释器一步步的解释运行,这样中间隔了一个解释器,速度当然就慢了.
    而JAVA刚出世的时候采取的也是解释执行的方法(现在某些低端设备上的JRE还是解释执行),只不过它比Basic更聪明一点:不是直接解释JAVA源代码,而是先将JAVA源代码编译为一种平台无关的JAVA字节码.这样执行速度可能会比Basic快一些,但相对C++的执行效率还是有很大的差别.
    然后,JIT(just-in-time)编译器出现了.JIT编译器在每段代码执行前进行编译，编译的结果为本地静态机器码，执行速度有了质的提高.到这儿,我们可以比较一下C++的静态编译与JRE的JIT静态编译:一个是在运行前将代码编译为机器语言,一个是在运行时将字节码编译为机器语言,相比而言,JAVA的JIT编译器还是显得笨一点,预先一次编译比运行时再编译当然要好了.但对于JAVA,为了跨平台,这样做是必须的.
    JIT静态编译器相对解释执行已经有了很大的提高,但是性能仍然和C++有很大的差距.对一段程序,一名优秀的程序员是如何来改进运行速度的呢?首先,他不会傻到把所有的代码都来优化,他会观察、思考到底哪段代码对整体性能影响最大?然后集中精力来优化这一段代码.按照经验,整个程序 10%-20%的代码,会占据 80%-90%的运行时间.用这种方法，在同样的时间、付出同样程度的努力后,这名优秀的程序员使整个程序的性能得到了很大程度的优化.HotSpot引擎,就是模仿人工的这种方法进行优化的.在程序运行的开始,Java代码仍然解释执行,但HotSpot引擎开始进行采样(Profiling).根据采样的结果,决定某段程序是占用较多运行时间的,就认为它是“HotSpot”,它也就是目前程序的瓶颈,引擎开始启动一个单独的线程进行优化.因为不象原始的 JIT编译器那样无差别的编译所有代码,HotSpot引擎可以集中精力来对HotSpot代码进行深度优化,这样这部分代码执行起来更加迅捷.

   2.让我们来看看JIT/Hotspot的工作

    一般来说,JVM或JAVA的标准API没有提供让我们观察Hotspot工作(产生机器码)的接口.所以以前我们只能猜测Hotspot在背后究竟做了那些事情,我们写的JAVA代码被它弄成什么样子了.
    不过现在好了,Java SE Update N这一系列因为处于开发状态,为了方便debug,这些JVM提供了一个运行参数:PrintOptoAssembly,你可以通过如下方式:

引用

java -XX:+PrintOptoAssembly -server -cp . Main

运行你的程序,就可以看到这些JAVA程序在编译为机器语言之后的样子.
Kohsuke Kawaguchi做了一些测试,他在博客深入JAVA生成的机器码(Deep dive into assembly code from Java)中进行了一些展示与讲解.并且他对JVM生成的优化代码表示赞赏:

引用

All in all, modern JVMs seem pretty good at generating optimal code. In various situations, the resulting assembly code is far from the straight-forward instruction-by-instruction translation.

JAVA之父James Gosling在他的博客Hotspot performance中描述了JIT/Hotspot生成的机器码有以下优点:

引用

   ◇ Really aggressive inlining
   ◇ Even storage allocation & initialization gets inlined - new T() really is as efficient as C's alloca() (and it beats the pants off malloc())
   ◇ Careful management of cache prefetching
   ◇ Deep understanding of variablity between the flavors of x86 machines
   ◇ Loop unrolling with warmup/cooldown
   ◇ "theorum proving away" of array index checks (and many other things)
   ◇ much cleverness with locks

3.JVM的执行效率可以比C++更高?

     事实上,我认为现在将JAVA与C++比较执行效率没什么太多的意义了.我的意思是,JAVA已经足够快了.而且说实话,经过学C++再学JAVA之后,我已经对C++这门语言避而远之了.
     不过为了满足一下某些人的八卦精神,我这里给出几个JAVA与C++的比较:
     The Java is Faster than C++ and C++ Sucks Unbiased Benchmark
     FreeTTS - A Performance Case Study
     Performance comparison C++, C# and Java
     八卦之后,我们来看看为什么JAVA能过这么快呢?
     同样,给出几篇介绍JIT/Hotspot工作原理的文章:
     JIT Performance: Defying Physics?
      Can JIT'ed Code be Faster than Hardware Accelleration

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22 楼 liumingtong 2011-06-13 10:15

linliangyi2007 写道

看不下去了，又是语言之争！！有意思嘛？！
C++也好，Java也好，哪个是中国人发明的？？
争来争取都不觉得会被老外耻笑！

中国有个易语言..

21 楼海阔天空一路是蓝 2011-03-07 15:50

...

20 楼 java程序员 2009-09-19 00:21

troyconder 写道

没意义楼主最主要的还是看应用领域 Java无法无缝结合系统内核这点很不爽只能用C++了啊注：我也是靠Java吃饭的但是也非常喜欢c/c++ 希望都能越来越好吧语言纷争永无止尽啊

19 楼 troyconder 2009-03-18 10:51

18 楼 liigo 2008-04-10 23:06

你这篇也没什么营养，人云亦云罢了

17 楼 galaxystar 2008-04-10 11:46

我只顶 c

16 楼 Unmi 2008-04-10 11:15

向介绍给大家一些关于JIT/Hotspot方面的知识
可是你自己搬起“JAVA比C++更快？”就是有意在砸自己的脚，你揭开的锅，让从家把矛头指向你也是你意料之中的事，也许还是你期望见过到这样一种场景。

15 楼 pdreamer 2008-04-09 23:15

优化过的java有可能比c++快，但都优化好，那是龟兔赛跑，跑在jvm上和跑在硬件上不用比了，我java用的比C++多，java开发起来比c++方便，

14 楼 JavaInActoin 2008-04-09 17:24

越来越快就好，胜任需求就好，到底谁快，无所谓的啦

13 楼 55925384 2008-04-09 15:23

作者有点逻辑混乱

12 楼 Frederick 2008-04-09 14:36

感觉文章有点东拉西扯，不知道到底要说java比c++快呢，还是要说java有个JIT和HotSpot技术。

11 楼 linliangyi2007 2008-04-09 12:57

看不下去了，又是语言之争！！有意思嘛？！
C++也好，Java也好，哪个是中国人发明的？？
争来争取都不觉得会被老外耻笑！

10 楼 Eastsun 2008-04-09 10:11

fins 2008-04-09 00:58 写道

这个算是新闻? 我觉得属于技术类文章吧
不过不管怎样我都受教了谢谢lz

呵呵,其实里面关于Java SE Update N的JVM参数,以及James Gosling的观点,都算是新闻了.
不过对于技术新闻,我喜欢把相关的信息综合一下,让大家能对相关的技术也有所了解.

9 楼 Eastsun 2008-04-09 10:05

ray_linn 写道

自己的材料难道也不看清楚一下？Java 1.4比Java 1.5要快一些，但都远逊于C++.

首先,文章的开头我已经说了

引用

我的主要目的不是为了证明或否定JAVA比C++更快这一个结论(事实上标题中的"?"已经隐含了这一点),而是通过引用几位JAVA大牛的文章深入JIT与Hotspot的实现原理,来说明为什么JAVA可以比C++更快.

因此我的主要目的不是为了让大家八卦(当然不排斥八卦),而是想介绍给大家一些关于JIT/Hotspot方面的知识.
因为这种问题由于每个人的偏见,看待的角度不一样,是很难得到一个大家都接受的结论.
至于每个人自己有什么见解,完全可以发表,但不要将矛头指向我.

至于"自己的材料难道也不看清楚一下？".
我想,新闻的主要标准之一就要在于客观公平.
所以找材料的时候我特意找了这几个着重点不太一样,结果也不太一样的测试.
网上说JAVA比C++快的测试结果比比皆是,如果我全用这些数据,估计C++er也不会服气,这对大家获得一个全面客观的信息也没什么好处.

对于那些只想看到一种声音的人,可以去看这里多家权威机构、几十篇权威证据证明：Java比C++更快。
显然,这样的帖子并没有多少营养.

8 楼 ray_linn 2008-04-09 09:35

而且最严重的问题出现在计算和数组方面：
array : Java比C++慢了47%，（1703-1156）/1156
trig.math: Java比C++慢了 1076%，（42843-3241）/3241 简直是龟速了

这充分说明了Java难以胜任科学计算。

7 楼 ray_linn 2008-04-09 09:23

PS:如果牵涉到Sin Cos之类的运算,Java还会比C#慢一大截。

6 楼 Unmi 2008-04-09 09:22

要分清，如果是 Java 写的企业应用，作为服务的 Java 程序确实能用 JIT,HotSpot来优化。但如果只是桌面程序的话，那岂不是每次都 JIT，还不慢了，应分清领域。
其实我就后悔用C++做的项目太少，在跨平台的桌面应用我偏爱于 C++，可用 wxWidgets，QT, 我宁愿选择一次编写到处编译，而不是到处调试

5 楼 ray_linn 2008-04-09 09:22

从你的材料Performance comparison C++, C# and Java随便找到这句话大概是不是说Java比C++快吧？
Cpp is the fastest, except the STL "hashmaps" test is a lot slower, maybe someone can take a look at the source code

几个比较中,C++都远胜于Java,除了List和Hashmap之外（作者推断是实现代码的问题）。而且在内存表现中，Java是最次的一个。

Maximum memory usage:

Java - 163 MB
C# - 111 MB
Cpp - 98 MB

自己的材料难道也不看清楚一下？Java 1.4比Java 1.5要快一些，但都远逊于C++.

4 楼 fins 2008-04-09 00:58