System.currentTimeMillis()的性能问题

一直觉得java原生API都是性能很高的，今天看一篇博客时，说到System.currentTimeMillis()的性能十分低下，觉得很奇怪，于是写了一些代码来尝试了一下

public class CurrentTimeTest {
    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("单线程100次   System.currentTimeMillis : " + 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线程并发下 System.currentTimeMillis : " + elapsedTime + " ns");
    }
}

执行结果如下：

 

可见System.currentTimeMoillis一百次耗费的时间非常大，尤其是并发状态下比单线程高出一个量级，甚至极端情况比创建对象更耗费资源

查看HotSpot源码的hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp，有一个javaTimeMillis方法，这就是System.currentTimeMillis的native实现。

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);
}

对于这部分源码已经有国外大佬深入到了汇编的级别来探究，详情可以参见《The Slow currentTimeMillis》

简单来讲就是：
    1.调用gettimeofday需要从用户态切换到内核态；
    2.gettimeofday的表现受Linux系统的计时器（时钟源）影响，在HPET计时器下性能尤其差；
    3.系统只有一个全局时钟源，高并发或频繁访问会造成严重的争用。

HPET计时器性能较差的原因是会将所有对时间戳的请求串行执行。TSC计时器性能较好，因为有专用的寄存器来保存时间戳。缺点是可能不稳定，因为它是纯硬件的计时器，频率可变（与处理器的CLK信号有关）。关于HPET和TSC的细节可以参见下面的链接，就不做过多讨论
https://en.wikipedia.org/wiki/HighPrecisionEventTimer
https://en.wikipedia.org/wiki/TimeStamp_Counter

那么如何避免这个问题？最常见的办法是用单个调度线程来按毫秒更新时间戳，相当于维护一个全局缓存。其他线程取时间戳时相当于从内存取，不会再造成时钟资源的争用，代价就是牺牲了一些精确度。具体代码如下。

@Component
public class TimeServcie {
    private static long time;

    static {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(5);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    long cur = System.currentTimeMillis();
                    setTime(cur);
                }
            }
        }).start();
    }

    public static long getTime() {
        return time;
    }

    public static void setTime(long time) {
        TimeServcie.time = time;
    }
}