M3 Mac与x86_64 Linux上Java浮点数运算结果差异原因排查

假设存在如下Test类：

class Test {
    public static void main(String[] args) {
        double result = Math.log(9) / Math.log(3);
        System.out.println(result);
    }
};

在x86_64 Linux机器（Linux 6.8.10-300.fc40.x86_64 #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Fri May 17 21:20:54 UTC 2024 x86_64 GNU/Linux）上运行，结果为：

2.0

在M3 Mac上运行，结果却为：

2.0000000000000004

两台机器使用的JDK版本均为Temurin-21.0.3+9，请问除JDK bug外，该现象还有哪些可能的解释？

• CPU架构的浮点指令集差异：x86_64架构依赖x87或SSE/AVX系列浮点指令，而Apple M3基于ARM64架构，使用NEON指令集。不同指令集对log这类超越函数的计算逻辑、精度保留策略不同——比如x87支持80位扩展精度，中间计算时能保留更多有效位，最终截断到64位double时刚好得到精确的2.0；而ARM平台直接用64位double进行计算，中间误差累积后就出现了微小偏差。
• JVM的平台针对性优化：JVM在不同架构上会启用不同的JIT优化策略。比如x86平台上JVM可能利用x87的扩展精度特性做计算，ARM平台则严格遵循64位double的运算规则；或者JIT编译器针对不同CPU生成的浮点运算代码细节有区别，导致结果出现细微差异。
• 系统底层数学库实现不同：JDK的Math.log方法底层会调用操作系统提供的数学库——Linux用glibc，macOS用libsystem。这些平台库对对数函数的实现算法（比如近似多项式、查表法的组合方式）不同，计算出的log(9)和log(3)本身就存在极细微的精度差异，两者相除后这个差异被放大，最终呈现出不同的结果。
• 系统浮点环境配置差异：Linux和macOS的系统级浮点环境初始化细节可能不同，比如舍入模式的默认设置、精度控制开关等。虽然默认都是向最近舍入，但不同系统对浮点环境的初始化逻辑可能存在细微差别，间接影响了最终的计算结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lukáš Petrovický