Java：为什么第一次调用方法会变慢？

Question

最近，我正在使用 Java 编写一个插件，发现第一次从 HashMap 检索元素（使用 get()）非常慢。最初，我想问一个问题并找到this（虽然没有答案）。然而，通过进一步的实验，我注意到这种现象发生在ArrayList 上，然后是所有方法。

代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime, stopTime;

        // Method 1
        System.out.println("Test 1:");
        for (int i = 0; i < 20; ++i) {
            startTime = System.nanoTime();
            testMethod1();
            stopTime = System.nanoTime();
            System.out.println((stopTime - startTime) + "ns");
        }

        // Method 2
        System.out.println("Test 2:");
        for (int i = 0; i < 20; ++i) {
            startTime = System.nanoTime();
            testMethod2();
            stopTime = System.nanoTime();
            System.out.println((stopTime - startTime) + "ns");
        }
    }

    public static void testMethod1() {
        // Do nothing
    }

    public static void testMethod2() {
        // Do nothing
    }
}

片段：Test Snippet

输出会是这样的：

Test 1:
2485ns
505ns
453ns
603ns
362ns
414ns
424ns
488ns
325ns
426ns
618ns
794ns
389ns
686ns
464ns
375ns
354ns
442ns
404ns
450ns
Test 2:
3248ns
700ns
538ns
531ns
351ns
444ns
321ns
424ns
523ns
488ns
487ns
491ns
551ns
497ns
480ns
465ns
477ns
453ns
727ns
504ns

我运行了几次代码，结果大致相同。在我的计算机（Windows 8.1、Oracle Java 8u25）上，第一次调用会更长（>8000 ns）。

显然，第一次调用通常比后面的调用慢（某些调用在随机情况下可能会更长）。

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更新：

我尝试学习了一些JMH，并编写了一个测试程序

带有示例输出的代码：Code

我不知道它是否是一个合适的基准（如果程序有问题，请告诉我），但我发现第一次热身迭代花费更多时间（我使用两次热身迭代以防-ups 影响结果）。而且我认为第一次热身应该是第一次调用并且速度较慢。所以这个现象是存在的，如果测试得当的话。

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那为什么会这样呢？

Answer 1

您在循环中调用System.nanoTime()。这些调用不是免费的，所以除了空方法所用的时间之外，您实际上是在测量从 nanotime 调用 #1 退出和进入 nanotime call #2 所用的时间。

更糟糕的是，与其他平台相比，您在 Windows where nanotime performs worse 上执行此操作。

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关于 JMH：我认为在这种情况下没有多大帮助。它旨在通过平均多次迭代来测量，以避免死代码消除，考虑 JIT 预热，避免排序依赖，......而且它也只是在引擎盖下使用纳米时间。

它的设计目标几乎与您要测量的目标相反。

您正在测量某物。但这可能是几个缓存未命中、纳米时间调用开销、一些 JVM 内部（类加载？解释器中的某种延迟初始化？），......可能是它们的组合。

关键是您的测量值不能真正按面值进行。即使第一次调用方法会产生一定的成本，但您测量的时间也只是提供了一个上限。

Answer 2

这种行为通常是由编译器或 RE 引起的。它在第一次迭代后开始优化执行。此外，类加载可能会产生影响（我想您的示例代码中并非如此，因为所有类都在最新的第一个循环中加载）。

请参阅this thread 了解类似问题。

请记住，这种行为通常取决于其运行的环境/操作系统。