执行引擎
本篇目錄
- 1、概述
- 2、Java代碼編譯和執(zhí)行的過程
- 2.1 解釋器、編譯器
- 2.2 為什么說Java是半編譯半解釋型語言
- 3、基礎(chǔ)回顧
- 3.1 機(jī)器碼
- 3.2 指令
- 指令集
- 3.3 匯編語言
- 3.4 高級(jí)語言
- 字節(jié)碼
- 4、解釋器
- 現(xiàn)狀
- 5、JIT編譯器
- 5.1 HotSpot VM 為何解釋器與JIT編譯器共存
- 解釋器依然能存在的必要性
- HostSpot JVM的執(zhí)行方式
- 5.2 JIT編譯器介紹
- 概念解釋
- 熱點(diǎn)代碼及探測方式
- 方法調(diào)用計(jì)數(shù)器
- 回邊計(jì)數(shù)器
- HotSpot VM 可以設(shè)置程序執(zhí)行方式
- HotSpot VM 中的JIT分類
- C1和C2編譯器不同的優(yōu)化策略
- 總結(jié)
- 6、 Graal編譯器與AOT編譯器
- 6.1 Graal編譯器
- 6.2 AOT編譯器
1、概述
- 執(zhí)行引擎是Java虛擬機(jī)的核心組成部分之一
- 虛擬機(jī)是一個(gè)相對(duì)于“物理機(jī)”的概念，這兩種機(jī)器都有代碼執(zhí)行能力，其區(qū)別是物理機(jī)的執(zhí)行引擎是直接建立在處理器、緩存、指令集和操作系統(tǒng)層面上的，而虛擬機(jī)的執(zhí)行引擎則是由軟件自行實(shí)現(xiàn)的，因此可以不受物理?xiàng)l件制約地定制指令集與執(zhí)行引擎的結(jié)構(gòu)體系，能夠執(zhí)行那些不被硬件直接支持的指令集格式。
- JVM的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)裝載字節(jié)碼到其內(nèi)部，但字節(jié)碼并不能夠直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，因?yàn)樽止?jié)碼指令并非等價(jià)于本地機(jī)器指令，它內(nèi)部包含的僅僅只是一些能夠被JVM鎖識(shí)別的字節(jié)碼指令、符號(hào)表和其他輔助信息
- 那么，如果想讓一個(gè)Java程序運(yùn)行起來、執(zhí)行引擎的任務(wù)就是將字節(jié)碼指令解釋/編譯為對(duì)應(yīng)平臺(tái)上的本地機(jī)器指令才可以。簡單來說，JVM中的執(zhí)行引擎充當(dāng)了將高級(jí)語言翻譯為機(jī)器語言的譯者.
- 執(zhí)行引擎的工作過程
- 從外觀上來看，所有的Java虛擬機(jī)的執(zhí)行引擎輸入、輸出都是一致的：輸入的是字節(jié)碼二進(jìn)制流，處理過程是字節(jié)碼解析執(zhí)行的等效過程，輸出的是執(zhí)行結(jié)果。
1）執(zhí)行引擎在執(zhí)行的過程中究竟需要執(zhí)行什么樣的字節(jié)碼指令完全依賴于PC寄存器。
2）每當(dāng)執(zhí)行完一項(xiàng)指令操作后，PC寄存器就會(huì)更新下一條需要被執(zhí)行的指令地址。
3）當(dāng)然方法在執(zhí)行的過程中，執(zhí)行引擎有可能會(huì)通過存儲(chǔ)在局部變量表中的對(duì)象引用準(zhǔn)確定位到存儲(chǔ)在Java堆區(qū)中的對(duì)象實(shí)例信息，以及通過對(duì)象頭中的元數(shù)據(jù)指針定位到目標(biāo)對(duì)象的類型信息。
2、Java代碼編譯和執(zhí)行的過程
大部分的程序代碼轉(zhuǎn)換成物理機(jī)的目標(biāo)代碼或虛擬機(jī)能執(zhí)行的指令集之前，都需要經(jīng)過下面圖中的各個(gè)步驟：
Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來完成，流程圖如下所示：
Java字節(jié)碼的執(zhí)行是由JVM執(zhí)行引擎來完成，流程圖如下所示：
2.1 解釋器、編譯器
解釋器：當(dāng)Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)根據(jù)預(yù)定義的規(guī)范對(duì)字節(jié)碼采用逐行解釋的方式執(zhí)行，將每條字節(jié)碼文件中的內(nèi)容“翻譯”為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的本地機(jī)器指令執(zhí)行。
JIT （Just In Time Compiler）編譯器（即時(shí)編譯器）：就是虛擬機(jī)將源代碼直接編譯成和本地機(jī)器平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器語言。
2.2 為什么說Java是半編譯半解釋型語言
JDK1.0時(shí)代，將Java語言定位為“解釋執(zhí)行”還是比較準(zhǔn)確的。再后來，Java也發(fā)展出可以直接生成本地代碼的編譯器。
現(xiàn)在JVM在執(zhí)行Java代碼的時(shí)候，通常都會(huì)將解釋執(zhí)行與編譯執(zhí)行二者結(jié)合起來進(jìn)行。
3、基礎(chǔ)回顧
3.1 機(jī)器碼
- 各種用二進(jìn)制編碼方式表示的指令，叫做機(jī)器指令碼。開始，人們就用它采編寫程序，這就是機(jī)器語言。
- 機(jī)器語言雖然能夠被計(jì)算機(jī)理解和接受，但和人們的語言差別太大，不易被人們理解和記憶，并且用它編程容易出差錯(cuò)。
- 用它編寫的程序一經(jīng)輸入計(jì)算機(jī)，CPU直接讀取運(yùn)行，因此和其他語言編的程序相比，執(zhí)行速度最快。
- 機(jī)器指令與CPU緊密相關(guān)，所以不同種類的CPU所對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令也就不同。
3.2 指令
- 由于機(jī)器碼是有0和1組成的二進(jìn)制序列，可讀性實(shí)在太差，于是人們發(fā)明了指令。
- 指令就是把機(jī)器碼中特定的0和1序列，簡化成對(duì)應(yīng)的指令（一般為英文簡寫，如mov，inc等），可讀性稍好
- 由于不同的硬件平臺(tái)，執(zhí)行同一個(gè)操作，對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼可能不同，所以不同的硬件平臺(tái)的同一種指令（比如mov），對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼也可能不同
指令集
- 不同的硬件平臺(tái)，各自支持的指令，是有差別的。因此每個(gè)平臺(tái)所支持的指令，稱之為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的指令集。
- 如常見的 x86指令集，對(duì)應(yīng)的是x86架構(gòu)的平臺(tái)；ARM指令集，對(duì)應(yīng)的是ARM架構(gòu)的平臺(tái)
3.3 匯編語言
- 由于指令的可讀性還是太差，于是人們又發(fā)明了匯編語言。
- 在匯編語言中，用助記符（Mnemonics）代替機(jī)器指令的操作碼，用地址符號(hào)（Symbol）或標(biāo)號(hào)（Label）代替指令或操作數(shù)的地址。
- 在不同的硬件平臺(tái)，匯編語言對(duì)應(yīng)著不同的機(jī)器語言指令集，通過匯編過程轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令。
- 由于計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)指令碼，所以用匯編語言編寫的程序還必須翻譯成機(jī)器指令碼，計(jì)算機(jī)才能識(shí)別和執(zhí)行。
3.4 高級(jí)語言
- 為了使計(jì)算機(jī)用戶編程序更容易些，后來就出現(xiàn)了各種高級(jí)計(jì)算機(jī)語言。高級(jí)語言比機(jī)器語言、匯編語言更接近人的語言
- 當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級(jí)語言編寫的程序時(shí)，仍然需要把程序解釋和編譯成機(jī)器的指令碼。完成這個(gè)過程的程序就叫做解釋程序或編譯程序。
字節(jié)碼
- 字節(jié)碼是一種中間狀態(tài)（中間碼）的二進(jìn)制代碼（文件），它比機(jī)器碼更抽象，需要直譯器轉(zhuǎn)譯后才能成為機(jī)器碼
- 字節(jié)碼主要為了實(shí)現(xiàn)特定軟件運(yùn)行和軟件環(huán)境、與硬件環(huán)境無關(guān)。
- 字節(jié)碼的實(shí)現(xiàn)方式是通過編譯器和虛擬機(jī)器。編譯器將源碼編譯成字節(jié)碼，特定平臺(tái)上的虛擬機(jī)器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)譯為可以直接執(zhí)行的指令。
- 字節(jié)碼的典型應(yīng)用為Java bytecode
4、解釋器
JVM設(shè)計(jì)者們的初衷僅僅只是單純地為了滿足Java程序?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)特性，因此避免采用靜態(tài)編譯的方式直接生成本地機(jī)器指令，從而誕生了實(shí)現(xiàn)解釋器在運(yùn)行時(shí)采用逐行解釋字節(jié)碼執(zhí)行程序的想法。
- 解釋器真正意義上所承擔(dān)的角色就是一個(gè)運(yùn)行時(shí)“翻譯者”，將字節(jié)碼文件中的內(nèi)容“翻譯”為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的本地機(jī)器指令執(zhí)行。
- 當(dāng)一條字節(jié)碼指令被解釋執(zhí)行完成后，接著再根據(jù)PC寄存器中記錄的下一條需要被執(zhí)行的字節(jié)碼指令執(zhí)行解釋操作。
- 在Java的發(fā)展歷史里，一共有兩套解釋執(zhí)行器，即古老的字節(jié)碼解釋器、現(xiàn)在普遍使用的模板解釋器。
- 字節(jié)碼解釋器在執(zhí)行時(shí)通過純軟件代碼模擬字節(jié)碼的執(zhí)行，效率非常低下。· - 而模板解釋器將每一 條字節(jié)碼和一個(gè)模板函數(shù)相關(guān)聯(lián)，模板函數(shù)中直接產(chǎn)生這條字節(jié)碼執(zhí)行時(shí)的機(jī)器碼，從而很大程度上提高了解釋器的性能。
- 在HotSpot VM中，解釋器主要由Interpreter模塊和Code模塊構(gòu)成。
- ① Interpreter模塊：實(shí)現(xiàn)了解釋器的核心功能
- ② Code模塊：用于管理HotSpot VM在運(yùn)行時(shí)生成的本地機(jī)器指令
現(xiàn)狀
- 由于解釋器在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上非常簡單，因此除了Java語言之外，還有許多高級(jí)語言同樣也是基于解釋器執(zhí)行的，比如Python、 Perl、Ruby等。但是在今天，基于解釋器執(zhí)行已經(jīng)淪落為低效的代名詞
- 為了解決這個(gè)問題，JVM平臺(tái)支持一種叫作即時(shí)編譯的技術(shù)。即時(shí)編譯的目的是避免函數(shù)被解釋執(zhí)行，而是將整個(gè)函數(shù)體編譯成為機(jī)器碼，每次函數(shù)執(zhí)行時(shí)，只執(zhí)行編譯后的機(jī)器碼即可，這種方式可以使執(zhí)行效率大幅度提升
- 不過無論如何，基于解釋器的執(zhí)行模式仍然為中間語言的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)
5、JIT編譯器
5.1 HotSpot VM 為何解釋器與JIT編譯器共存
java代碼的執(zhí)行分類：
- 第一種是將源代碼編譯成字節(jié)碼文件，然后在運(yùn)行時(shí)通過解釋器將字節(jié)碼文件轉(zhuǎn)為機(jī)器碼執(zhí)行
- 第二種是編譯執(zhí)行（直接編譯成機(jī)器碼）。現(xiàn)代虛擬機(jī)為了提高執(zhí)行效率，會(huì)使用即時(shí)編譯技術(shù)（JIT,Just In Time）將方法編譯成機(jī)器碼后再執(zhí)行
HotSpot VM是目前市面上高性能虛擬機(jī)的代表作之一。它采用解釋器與即時(shí)編譯器并存的架構(gòu)。在Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)，解釋器和即時(shí)編譯器能夠相互協(xié)作，各自取長補(bǔ)短，盡力去選擇最合適的方式來權(quán)衡編譯本地代碼的時(shí)間和直接解釋執(zhí)行代碼的時(shí)間。
??在今天，Java程序的運(yùn)行性能早已脫胎換骨，已經(jīng)達(dá)到了可以和C/C++程序一較高下的地步。
解釋器依然能存在的必要性
既然HotSpotVM中已經(jīng)內(nèi)置JIT編譯器了，那么為什么還需要再使用解釋器來“拖累”程序的執(zhí)行性能呢？比如JRockit VM內(nèi)部就不包含解釋器，字節(jié)碼全部都依靠即時(shí)編譯器編譯后執(zhí)行。
首先明確：
當(dāng)程序啟動(dòng)后，解釋器可以馬上發(fā)揮作用，省去編譯的時(shí)間，立即執(zhí)行。 編譯器要想發(fā)揮作用，把代碼編譯成本地代碼，需要一定的執(zhí)行時(shí)間。但編譯為本地代碼后，執(zhí)行效率高。
所以：
盡管JRockitVM中程序的執(zhí)行性能會(huì)非常高效，但程序在啟動(dòng)時(shí)必然需要花費(fèi)更長的時(shí)間來進(jìn)行編譯。對(duì)于服務(wù)端應(yīng)用來說，啟動(dòng)時(shí)間并非是關(guān)注重點(diǎn)，但對(duì)于那些看中啟動(dòng)時(shí)間的應(yīng)用場景而言，或許就需要采用解釋器與即時(shí)編譯器并存的架構(gòu)來換取一一個(gè)平衡點(diǎn)。在此模式下，當(dāng)Java虛擬器啟動(dòng)時(shí)，解釋器可以首先發(fā)揮作用，而不必等待即時(shí)編譯器全部編譯完成后再執(zhí)行，這樣可以省去許多不必要的編譯時(shí)間。隨著時(shí)間的推移，編譯器發(fā)揮作用，把越來越多的代碼編譯成本地代碼，獲得更高的執(zhí)行效率。
同時(shí)，解釋執(zhí)行在編譯器進(jìn)行激進(jìn)優(yōu)化不成立的時(shí)候，作為編譯器的“逃生門”。
HostSpot JVM的執(zhí)行方式
當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，解釋器可以首先發(fā)揮作用，而不必等待即時(shí)編譯器全部編譯完成再執(zhí)行，這樣可以省去許多不必要的編譯時(shí)間。并且隨著程序運(yùn)行時(shí)間的推移，即時(shí)編譯器逐漸發(fā)揮作用，根據(jù)熱點(diǎn)探測功能，將有價(jià)值的字節(jié)碼編譯為本地機(jī)器指令，以換取更高的程序執(zhí)行效率。
案例：
注意解釋執(zhí)行與編譯執(zhí)行在線上環(huán)境微妙的辯證關(guān)系。機(jī)器在熱機(jī)狀態(tài)可以承受的負(fù)載要大于冷機(jī)狀態(tài)。如果以熱機(jī)狀態(tài)時(shí)的流量進(jìn)行切流，可能使處于冷機(jī)狀態(tài)的服務(wù)器因無法承載流量而假死。
??在生產(chǎn)環(huán)境發(fā)布過程中，以分批的方式進(jìn)行發(fā)布，根據(jù)機(jī)器數(shù)量劃分成多個(gè)批次，每個(gè)批次的機(jī)器數(shù)至多占到整個(gè)集群的1/8。曾經(jīng)有這樣的故障案例：某程序員在發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行分批發(fā)布，在輸入發(fā)布總批數(shù)時(shí)，誤填寫成分為兩批發(fā)布。如果是熱機(jī)狀態(tài)，在正常情況下一半的機(jī)器可以勉強(qiáng)承載流量，但由于剛啟動(dòng)的JVM均是解釋執(zhí)行，還沒有進(jìn)行熱點(diǎn)代碼統(tǒng)計(jì)和JIT動(dòng)態(tài)編譯，導(dǎo)致機(jī)器啟動(dòng)之后，當(dāng)前1/2發(fā)布成功的服務(wù)器馬上全部宕機(jī)，此故障說明了JIT的存在。-----阿里團(tuán)隊(duì)
5.2 JIT編譯器介紹
概念解釋
- Java 語言的“編譯器” 其實(shí)是一段“不確定”的操作過程，因?yàn)樗赡苁侵敢粋€(gè)前端編譯器（其實(shí)叫“編譯器的前端” 更準(zhǔn)確一些）把.java文件轉(zhuǎn)變成.class文件的過程；
- 也可能是指虛擬機(jī)的后端運(yùn)行期編譯器（JIT 編譯器，Just In Time Compiler）把字節(jié)碼轉(zhuǎn)變成機(jī)器碼的過程。
- 還可能是指使用靜態(tài)提前編譯器（AOT 編譯器，Ahead Of Time Compiler）直接把. java文件編譯成本地機(jī)器代碼的過程。
熱點(diǎn)代碼及探測方式
當(dāng)然是否需要啟動(dòng)JIT編譯器將字節(jié)碼直接編譯為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的本地機(jī)器指令，則需要根據(jù)代碼被調(diào)用執(zhí)行的頻率而定。關(guān)于那些需要被編譯為本地代碼的字節(jié)碼，也被稱之為“熱點(diǎn)代碼” ，JIT編譯器在運(yùn)行時(shí)會(huì)針對(duì)那些頻繁被調(diào)用的“熱點(diǎn)代碼”做出深度優(yōu)化，將其直接編譯為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的本地機(jī)器指令，以此提升Java程序的執(zhí)行性能。
- 一個(gè)被多次調(diào)用的方法，或者是一個(gè)方法體內(nèi)部循環(huán)次數(shù)較多的循環(huán)體都可以被稱之為“熱點(diǎn)代碼”，因此都可以通過JIT編譯器編譯為本地機(jī)器指令。由于這種編譯方式發(fā)生在方法的執(zhí)行過程中，因此也被稱之為棧上替換，或簡稱為OSR （On StackReplacement）編譯。
- 一個(gè)方法究竟要被調(diào)用多少次，或者一個(gè)循環(huán)體究竟需要執(zhí)行多少次循環(huán)才可以達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)？必然需要一個(gè)明確的閾值，JIT編譯器才會(huì)將這些“熱點(diǎn)代碼”編譯為本地機(jī)器指令執(zhí)行。這里主要依靠熱點(diǎn)探測功能。
- 目前HotSpot VM所采用的熱點(diǎn)探測方式是基于計(jì)數(shù)器的熱點(diǎn)探測。
- 采用基于計(jì)數(shù)器的熱點(diǎn)探測，HotSpot VM將會(huì)為每一個(gè) 方法都建立2個(gè)不同類型的計(jì)數(shù)器，分別為方法調(diào)用計(jì)數(shù)器（Invocation Counter） 和回邊計(jì)數(shù)器（BackEdge Counter） 。
- 方法調(diào)用計(jì)數(shù)器用于統(tǒng)計(jì)方法的調(diào)用次數(shù)
- 回邊計(jì)數(shù)器則用于統(tǒng)計(jì)循環(huán)體執(zhí)行的循環(huán)次數(shù)
方法調(diào)用計(jì)數(shù)器
- 這個(gè)計(jì)數(shù)器就用于統(tǒng)計(jì)方法被調(diào)用的次數(shù)，它的默認(rèn)閾值在Client 模式 下是1500 次，在Server 模式下是10000 次。超過這個(gè)閾值，就會(huì)觸發(fā)JIT編譯。
- 這個(gè)閾值可以通過虛擬機(jī)參數(shù)一XX ：CompileThreshold來人為設(shè)定。
- 當(dāng)一個(gè)方法被調(diào)用時(shí)， 會(huì)先檢查該方法是否存在被JIT編譯過的版本，如 果存在，則優(yōu)先使用編譯后的本地代碼來執(zhí)行。如果不存在已被編譯過的版本，則將此方法的調(diào)用計(jì)數(shù)器值加1，然后判斷方法調(diào)用計(jì)數(shù)器與回邊計(jì)數(shù)器值之和是否超過方法調(diào)用計(jì)數(shù)器的閾值。如果已超過閾值，那么將會(huì)向即時(shí)編譯器提交一個(gè)該方法的代碼編譯請(qǐng)求。
熱度衰減 - 如果不做任何設(shè)置，方法調(diào)用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的并不是方法被調(diào)用的絕對(duì)次數(shù)，而是一一個(gè)相對(duì)的執(zhí)行頻率，即一段時(shí)間之內(nèi)方法被調(diào)用的次數(shù)。當(dāng)超過一定的時(shí)間限度， 如果方法的調(diào)用次數(shù)仍然不足以讓它提交給即時(shí)編譯器編譯，那這個(gè)方法的調(diào)用計(jì)數(shù)器就會(huì)被減少一半，這個(gè)過程稱為方法調(diào)用計(jì)數(shù)器熱度的衰減（Counter Decay） ，而這段時(shí)間就稱為此方法統(tǒng)計(jì)的半衰周期（Counter Half Life Time）。
- 進(jìn)行熱度衰減的動(dòng)作是在虛擬機(jī)進(jìn)行垃圾收集時(shí)順便進(jìn)行的，可以使用虛擬機(jī)參數(shù) -XX：-UseCounterDecay來關(guān)閉熱度衰減，讓方法計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)方法調(diào)用的絕對(duì)次數(shù)，這樣，只要系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間足夠長，絕大部分方法都會(huì)被編譯成本地代碼。
- 另外， 可以使用-XX： CounterHalfLifeTime參數(shù)設(shè)置半衰周期的時(shí)間，單位是秒。
回邊計(jì)數(shù)器
它的作用是統(tǒng)計(jì)一個(gè)方法中循環(huán)體代碼執(zhí)行的次數(shù)，在字節(jié)碼中遇到控制流向后跳轉(zhuǎn)的指令稱為“回邊” （Back Edge）。顯然，建立回邊計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的目的就是為了觸發(fā)OSR編譯。
HotSpot VM 可以設(shè)置程序執(zhí)行方式
缺省情況下HotSpot VM是采用解釋器與即時(shí)編譯器并存的架構(gòu)，當(dāng)然開發(fā)人員可以根據(jù)具體的應(yīng)用場景，通過命令顯式地為Java虛擬機(jī)指定在運(yùn)行時(shí)到底是完全采用解釋器執(zhí)行，還是完全采用即時(shí)編譯器執(zhí)行。如下所示：
- -Xint： 完全采用解釋器模式執(zhí)行程序；
- -Xcomp： 完全采用即時(shí)編譯器模式執(zhí)行程序。如果即時(shí)編譯出現(xiàn)問題，解釋器會(huì)介入執(zhí)行。
- -Xmixed：采用解釋器+即時(shí)編譯器的混合模式共同執(zhí)行程序。
HotSpot VM 中的JIT分類
在HotSpot VM中內(nèi)嵌有兩個(gè)JIT編譯器，分別為Client Compiler和Server Compiler，但大多數(shù)情況下我們簡稱為C1編譯器和C2編譯器。開發(fā)人員可以通過如下命.令顯式指定Java虛擬機(jī)在運(yùn)行時(shí)到底使用哪一種即時(shí)編譯器，如下所示：
- -client： 指定Java虛擬機(jī)運(yùn)行在Client模式下，并使用C1編譯器；
- C1編譯器會(huì)對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行簡單和可靠的優(yōu)化，耗時(shí)短。以達(dá)到更快的編譯速度。
- -server： 指定Java虛擬機(jī)運(yùn)行在Server模式下，并使用C2編譯器。
- C2進(jìn)行耗時(shí)較長的優(yōu)化，以及激進(jìn)優(yōu)化。但優(yōu)化的代碼執(zhí)行效率更高。
C1和C2編譯器不同的優(yōu)化策略
- 在不同的編譯器上有不同的優(yōu)化策略，C1編譯器上主要有方法內(nèi)聯(lián)，去虛擬化、冗余消除。
- 方法內(nèi)聯(lián)：將引用的函數(shù)代碼編譯到引用點(diǎn)處，這樣可以減少棧幀的生成，減少參數(shù)傳遞以及跳轉(zhuǎn)過程
- 去虛擬化：對(duì)唯一的實(shí)現(xiàn)類進(jìn)行內(nèi)聯(lián)
- 冗余消除：在運(yùn)行期間把一些不會(huì)執(zhí)行的代碼折疊掉
- C2的優(yōu)化主要是在全局層面，逃逸分析是優(yōu)化的基礎(chǔ)。基于逃逸分析在C2.上有如下幾種優(yōu)化：（server模式下才會(huì)有這些優(yōu)化，64位系統(tǒng)默認(rèn)就是server模式）
- 標(biāo)量替換：用標(biāo)量值代替聚合對(duì)象的屬性值
- 棧上分配：對(duì)于未逃逸的對(duì)象分配對(duì)象在棧而不是堆
- 同步消除：清除同步操作，通常指synchronized
分層編譯（Tiered Compilation）策略：程序解釋執(zhí)行（不開啟性能監(jiān)控）可以觸發(fā)C1編譯，將字節(jié)碼編譯成機(jī)器碼，可以進(jìn)行簡單優(yōu)化，也可以加上性能監(jiān)控，C2編譯會(huì)根據(jù)性能監(jiān)控信息進(jìn)行激進(jìn)優(yōu)化。
??不過在Java7版本之后，一旦開發(fā)人員在程序中顯式指定命令“一server"時(shí)，默認(rèn)將會(huì)開啟分層編譯策略，由C1編譯器和C2編譯器相互協(xié)作共同來執(zhí)行編譯任務(wù)。
總結(jié)
- 一般來講，JIT編譯出來的機(jī)器碼性能比解釋器高。
- C2編譯器啟動(dòng)時(shí)長比C1編譯器慢，系統(tǒng)穩(wěn)定執(zhí)行以后，C2編譯器執(zhí)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于C1編譯器。
6、 Graal編譯器與AOT編譯器
6.1 Graal編譯器
- 自JDK10起，HotSpot又加入一個(gè)全新的即時(shí)編譯器： Graal編譯器
- 編譯效果短短幾年時(shí)間就追評(píng)了C2編譯器。未來可期。
- 目前，帶著“實(shí)驗(yàn)狀態(tài)"標(biāo)簽，需要使用開關(guān)參數(shù) -XX： +UnlockExperimentalVMOptions 一XX： +UseJVMCICompiler去激活，才可以使用。
6.2 AOT編譯器
- jdk9引入了AOT編譯器（靜態(tài)提前編譯器，Ahead Of Time Compiler）
- Java 9引入了實(shí)驗(yàn)性AOT編譯工具jaotc。它借助了Graal 編譯器，將所輸入的Java 類文件轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼，并存放至生成的動(dòng)態(tài)共享庫之中。
- 所謂AOT編譯，是與即時(shí)編譯相對(duì)立的一個(gè)概念。我們知道，即時(shí)編譯指的是在程序的運(yùn)行過程中，將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為可在硬件上直接運(yùn)行的機(jī)器碼，并部署至托管環(huán)境中的過程。而AOT編譯指的則是，在程序運(yùn)行之前，便將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼的過程。
- 最大好處： Java虛擬機(jī)加載已經(jīng)預(yù)編譯成二進(jìn)制庫，可以直接執(zhí)行。不必等待即時(shí)編譯器的預(yù)熱，減少Java應(yīng)用給人帶來“第一次運(yùn)行慢”的不良體驗(yàn)。
- 缺點(diǎn)：
- 破壞了java"一次編譯，到處運(yùn)行”，必須為每個(gè)不同硬件、oS編譯對(duì)應(yīng)的發(fā)行包。
- 降低了Java鏈接過程的動(dòng)態(tài)性，加載的代碼在編譯期就必須全部已知。
- 還需要繼續(xù)優(yōu)化中，最初只支持Linux x64 java base
總結(jié)
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