今天，分享一個 JDK 中令人驚訝的 BUG，這個 BUG 的神奇之處在於，復現它的用例太簡單了，人肉眼就能回答的問題，JDK 中卻存在了十幾年。經過測試，我們發現從 JDK8 到 14 都存在這個問題。
大家可以在自己的開發平臺上試試這段代碼：
<code>public class Hello { public void test() { int i = 8; while ((i -= 3) > 0); System.out.println("i = " + i); } public static void main(String[] args) { Hello hello = new Hello(); for (int i = 0; i < 50_000; i++) { hello.test(); } }}/<code>再使用以下命令執行：
java Hello然後，就會看到這樣的輸出：
<code>i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = /i = //<code>
當然，在程序的開始階段，還是能打印出正確的"i = -1"。
這個問題最終 Huawei JDK 的兩名同事解決掉了，並且回合到社區。我這裡大概講一下分析的思路。
首先，使用解釋執行可以發現，結果都是正確的，這就說明，這基本上是 JIT 編譯器的問題，然後通過-XX:-TieredCompilation關閉 C1 編譯，問題同樣復現，但是使用-XX:TieredStopAtLevel=3將 JIT 編譯停留在 C 階段，問題就不復現，這可以確定是 C2 的問題了。
接下來，一名同事立即猜想到這個"/"其實是('0'-1)，剛好是字符零的 ascii 碼減掉 1。嗯，熟記 ascii 碼錶的重要性就體現出來了。接下來，就是找到 c2 中 int 轉字符的地方。關鍵點，就在於這個字符'0'，當然這裡要對 C2 有足夠的瞭解，馬上就找到 c2 中字符轉化的方法（具體的代碼 ，請參考 OpenJDK 社區）：
<code>void PhaseStringOpts::int_getChars(GraphKit& kit, Node* arg, Node* char_array, Node* start, Node* end) { // ...... // char sign = 0; Node* i = arg; Node* sign = __ intcon(0); // if (i < 0) { // sign = '-'; // i = -i; // } { IfNode* iff = kit.create_and_map_if(kit.control(), __ Bool(__ CmpI(arg, __ intcon(0)), BoolTest::lt), PROB_FAIR, COUNT_UNKNOWN); RegionNode *merge = new (C) RegionNode(3); kit.gvn().set_type(merge, Type::CONTROL); i = new (C) PhiNode(merge, TypeInt::INT); kit.gvn().set_type(i, TypeInt::INT); sign = new (C) PhiNode(merge, TypeInt::INT); kit.gvn().set_type(sign, TypeInt::INT); merge->init_req(1, __ IfTrue(iff)); i->init_req(1, __ SubI(__ intcon(0), arg)); sign->init_req(1, __ intcon('-')); merge->init_req(2, __ IfFalse(iff)); i->init_req(2, arg); sign->init_req(2, __ intcon(0)); kit.set_control(merge); C->record_for_igvn(merge); C->record_for_igvn(i); C->record_for_igvn(sign); } // for (;;) { // q = i / 10; // r = i - ((q << 3) + (q << 1)); // r = i-(q*10) ... // buf [--charPos] = digits [r]; // i = q; // if (i == 0) break; // } { // 略去和這個循環相對應的代碼 } // 略去很多代碼}/<code>可以看到，這裡在中間表示階段引入了一個“i < 0"的判斷。主要就是那個 CmpI 結點，看起來這裡的邏輯走錯了，導致 i 明明小於 0，結果卻走到了大於 0 的分支，這樣，直接拿字符'0'與 i 求和的結果，就是錯的了。
那這個 CmpI 為什麼會錯呢？使用 c2visualizer 工具可以看到，在 GVN 階段，上面循環中的 CmpI 和這裡引入的 CmpI 被合併了。GVN 的全稱是 Global Value Numbering，名字很高大上，其實就是表達式去重。例如：
上面的例子中，兩個 CmpI 的輸入參數是完全相同的。都是變量 i 和整數 0，那麼，這兩個 CmpI 結點其實就是完全相同的。這樣的話，編譯器在做中間優化的時候就會把這兩個 CmpI 結點合併成一個。
到這裡為止，其實還是沒問題的。但接下來，編譯器會對空的循環體做一些特別的變換，編譯器能直接計算出空循環體結束以後，i 的值是 -1，又發現空循環體什麼都不做，所以，它乾脆把 CmpI 的兩個參數都換成了 -1，以便於讓循環走不進來——而且，編譯器再做一次常量傳播就可以把這個 CmpI 徹底幹掉了。但是，這裡 CmpI 就有問題了，這裡強行搞成 False 讓循環不執行，並且把 i 的值也直接變成循環結束的那個值。但剛才合併的那個 CmpI 也被吃掉了。
這就導致，直接拿著 i = -1 這個值進到了 i >= 0 的分支裡了。所以修改也很簡單，那就是在對 CmpI 變換的時候，看看它還有沒有其他的 out，如果有，就複製一份出來。
JBS 系統上沒有詳細的分析過程，只有最後的 patch，所以我把這個問題寫了個總結髮在這裡。可以看到，即使是很簡單的測試用例，在編譯器內部也會經歷各種複雜的變換和優化。然後一些階段的優化可能會影響後一個階段的，所以編譯器的 BUG 也往往晦澀。但反過來說，也很有意思。
閱讀更多 Java領域佼佼者 的文章
