總結(jié)寫在最前面：

一、 執(zhí)行引擎概述

①. 執(zhí)行引擎是Java虛擬機(jī)的核心組成部分之一

②. 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鎖識別的字節(jié)碼指令、符號表和其他輔助信息

③. 那么，如果想讓一個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/編譯為對應(yīng)平臺上的本地機(jī)器指令才可以。簡單來說，JVM中的執(zhí)行引擎充當(dāng)了將高級語言翻譯為機(jī)器語言的譯者

④. 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)

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

每當(dāng)執(zhí)行完一項(xiàng)指令操作后，PC寄存器就會更新下一條需要被執(zhí)行的指令地址

當(dāng)然方法在執(zhí)行的過程中，執(zhí)行引擎有可能會通過存儲在局部變量表中的對象引用準(zhǔn)確定位到存儲在Java堆區(qū)中的對象實(shí)例信息，以及通過對象頭中的元數(shù)據(jù)指針定位到目標(biāo)對象的類型信息。

二、Java代碼編譯和執(zhí)行過程

①. 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)過下面圖中的各個步驟：

②. 什么是解釋器（ Interpreter），什么是JIT編譯器？掌握

解釋器：當(dāng)Java虛擬機(jī)啟動時會根據(jù)預(yù)定義的規(guī)范對字節(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”為對應(yīng)平臺的本地機(jī)器指令執(zhí)行

JIT （Just In Time Compiler）編譯器（即時編譯器）：就是虛擬機(jī)將源代碼直接編譯成和本地機(jī)器平臺相關(guān)的機(jī)器語言

③. 為什么說Java是半編譯半解釋型語言？ 如下圖要記住

JDK1.0時代，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代碼的時候，通常都會將解釋執(zhí)行與編譯執(zhí)行二者結(jié)合起來進(jìn)行。

三、機(jī)器碼、指令、匯編語言

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(0 | 1 組成的)

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

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所對應(yīng)的機(jī)器指令也就不同。

②. 指令就是把機(jī)器碼中特定的0和1序列，簡化成對應(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，執(zhí)行同一個操作，對應(yīng)的機(jī)器碼可能不同，所以不同的硬件平臺的同一種指令（比如mov），對應(yīng)的機(jī)器碼也可能不同)

③. 指令集

不同的硬件平臺，各自支持的指令，是有差別的。因此每個平臺所支持的指令，稱之為對應(yīng)平臺的指令集

如常見的(x86指令集，對應(yīng)的是x86架構(gòu)的平臺 | ARM指令集，對應(yīng)的是ARM架構(gòu)的平臺 )

④. 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（Symbol）或標(biāo)號（Label）代替指令或操作數(shù)的地址

在不同的硬件平臺，匯編語言對應(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)才能識別和執(zhí)行)

⑤. 高級語言(如下圖需要記住)

為了使計(jì)算機(jī)用戶編程序更容易些，后來就出現(xiàn)了各種高級計(jì)算機(jī)語言。高級語言比機(jī)器語言、匯編語言更接近人的語言

當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級語言編寫的程序時，仍然需要把程序解釋和編譯成機(jī)器的指令碼。完成這個過程的程序就叫做解釋程序或編譯程序

四、解釋器 掌握

①.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)行時采用逐行解釋字節(jié)碼執(zhí)行程序的想法。

②. 解釋器真正意義上所承擔(dān)的角色就是一個運(yùn)行時“翻譯者”，將字節(jié)碼文件中的內(nèi)容“翻譯”為對應(yīng)平臺的本地機(jī)器指令執(zhí)行

③. 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

④. 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。

⑤. 現(xiàn)狀：(了解)

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，并且時常被一些C/C+ +程序員所調(diào)侃

為了解決這個問題，JVM平臺支持一種叫作即時編譯的技術(shù)。即時編譯的目的是避免函數(shù)被解釋執(zhí)行，而是將整個函數(shù)體編譯成為機(jī)器碼，每次函數(shù)執(zhí)行時，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)

五、JIT編譯器 掌握

①. HostSpot JVM的執(zhí)行方式：當(dāng)虛擬機(jī)啟動的時候，解釋器可以首先發(fā)揮作用，而不必等待即時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間。并且隨著程序運(yùn)行時間的推移，即時編譯器逐漸發(fā)揮作用，根據(jù)熱點(diǎn)探測功能，將有價值的字節(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。

②. HotSpot VM 為何解釋器與JIT編譯器共存？ ①是結(jié)論,②是解釋：

③. 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將會為每一個 方法都建立2個不同類型的計(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)

④. 方法調(diào)用計(jì)數(shù)器

⑤. 回邊計(jì)數(shù)器

⑥. 熱度衰減

六、HotSpot VM 可以設(shè)置程序執(zhí)行方式

①. 缺省情況下HotSpot VM是采用解釋器與即時編譯器并存的架構(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)行時到底是完全采用解釋器執(zhí)行，還是完全采用即時編譯器執(zhí)行。如下所示：

②. -Xint： 完全采用解釋器模式執(zhí)行程序；

③. -Xcomp： 完全采用即時編譯器模式執(zhí)行程序。如果即時編譯出現(xiàn)問題，解釋器會介入執(zhí)行

④. -Xmixed：采用解釋器+即時編譯器的混合模式共同執(zhí)行程序。

七、HotSpot VM 中的JIT分類

①. 在HotSpot VM中內(nèi)嵌有兩個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)行時到底使用哪一種即時編譯器，如下所示：
![在這里插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210413111300848.png

②. 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編譯會根據(jù)性能監(jiān)控信息進(jìn)行激進(jìn)優(yōu)化。

③. 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編譯器啟動時長比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。

八、Graal編譯器與AOT編譯器

①. Graal編譯器

②. AOT編譯器(靜態(tài)提前編譯器)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM_05 执行引擎（Execution Engine）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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