정말로 자바의 가상함수는 느릴까?

요약:
자바와 가상함수는 느리지 않을 수도 있다. 10억번의 함수 호출을 하는 실험 결과, 가상함수가 절대함수보다 더 빠르고 자바도 C++만큼 빠르다는 것을 알 수 있었다. 하지만 다른 많은 이론들과 실험들은 가상함수가 훨씬 느림을 보여준다. 이것이 단순히 이 실험과 같은 경우에만 국한된 것인지, 아니면 다른 경우에도 적용될 수 있는지 알기 위해서는 더 많은 실험을 해봐야한다.

배경:
가상함수의 부작용에 관하여 논한 좋은 글이 있었습니다. 주요 내용으로는 C++은 C에 비해 가상함수을 쓰기 때문에 느리고, 자바는 더욱 느리다는 것입니다. 고개를 끄덕이며 읽어가다가, 인용 자료의 원본에서 내 주의를 끄는 문장 하나. "자바의 실험 결과는 훨씬 느린 기계에서 했으므로 절대시간을 비교하지 마시오." 저는 같은 기계에서 실험해보면 어떤 결과가 나올지 문득 궁금해졌습니다. 하지만 object님께서는 "그래도 자바가 느린 것은 맞다."라고 하셨습니다. '까짓거, 직접 실험 해보지.' 라는 생각으로 실험에 돌입했습니다.

목적:
비슷한 일반적인 환경에서 자바와 C++, 그리고 가상 함수와 절대 함수(실제 함수라고 불러야 하나?)의 성능 차이를 살펴봅니다.

실험방법:
기존의 가상 함수 호출 위주로 작성된 성능 측정 코드를 고쳐서 적용했습니다. 상태를 변경하며 카운트를 세는 간단한 코드만을 무려 10억번 호출했습니다. C++ 코드는 Dev-C++에서 작성하여 기본 설정을 따릅니다. G++ 최적화 옵션이 켜진 상태입니다. Java는 Eclipse에서 작성하여 기본 설정을 따르고 VM은 단순한 Client 모드입니다. 둘 다 두세달 내에 받은 최신 버전입니다. Windows XP, Quad core, 2GB RAM입니다. 다른 많은 작은 상주 프로그램을 돌리고 있습니다. 영향이 최소화 되도록 약 10번씩 실험해서 대표값을 취합니다.

결과:
자바 가상함수: 11초 소요. 간혹 10초도 소요.
자바 절대함수: 16초 소요. 10번 모두.
C++ 가상함수: 10초 소요. 10번 모두.
C++ 절대함수: 17초 소요. 10번 모두.

해석:
1. 자바랑 C++의 실행 시간은 거의 같다. C++에는 최적화 옵션을 켜고, 자바에서는 최적화가 된 server 모드 대신에 client 모드로 돌렸습니다. 그럼에도 예상한대로, 자바와 C++의 수행 속도에는 큰 차이가 없었습니다. 가상 함수 호출에서는 5% 정도의 미미한 차이만 났습니다. 절대 함수 호출에서는 자바가 오히려 C++보다도 더 빠른 결과를 보여주었습니다. client 모드에서도 실행시간 중 최적화 기능이 작동하는 것이 아닐까, 싶을 정도입니다.

2. 자바와 C++ 모두에서 가상함수의 호출 시간이 훨씬 더 짧다. 가상 함수가 더 오래 걸린다는 이론을 가지고 실험에 돌입했으나, 그와는 정 반대로 절대함수가 60%~70%정도 더 느린 결과를 보여주었습니다.

결론:
직접 실험을 해보니, 이론과 완전히 뒤집어진 결과가 나왔습니다. 이론과 실험, 둘 중 하나는 틀렸겠지요. 아니면 어떤 조건 안에서는 특이한 결과가 나온다거나요. 제 생각에는 분명히 제 코드에 문제가 있을 것이라고 봅니다. 그것이 아니라면, 가상 함수의 호출 비용에 대하여 정말로 다시 생각해봐야할 것입니다. 하지만 눈을 씻고 찾아봐도 오류가 보이지가 않습니다. 그래서 여러분께 검토 도움을 요청합니다. (peer-review)


마지막으로, 테스트에 쓰인 소스코드를 첨부합니다. 컴파일은 각자 환경에 맞게 하시고, 실행 방법은 각기 java Final 1000000000, final.exe 1000000000 같은 식이 되겠습니다.

Perf.zip