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深入理解JVM--解释执行和编译执行
概述工作方式比较即时编译被编译对象和触发条件编译过程
概述
在部分的商用虚拟机中,Java 程序最初是通过解释器( Interpreter )进行解释执行的,当虚拟机发现某个方法或代码块的运行特别频繁的时候,就会把这些代码认定为“热点代码”。为了提高热点代码的执行效率,在运行时,即时编译器(Just In Time Compiler )会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码,并进行各种层次的优化。 在编译示时期,我们通过将源代码编译成.class ,配合JVM这种跨平台的抽象,屏蔽了底层计算机操作系统和硬件的区别,实现了“一次编译,到处运行” 。 而在运行时期,目前主流的JVM 都是混合模式(-Xmixed),即解释运行和编译运行配合使用。 从Java7开始,HotSpot虚拟机默认采用分层编译的方式:热点方法首先被C1编译器编译,而后 热点方法中的热点再进一步被C2编译(理解为二次编译,根据前面的运行计算出更优的编译优化)。为了不干扰程序的正常运行,JIT编译时放在额外的线程中执行的,HotSpot根据实际CPU的资源,以 1:2的比例分配给C1和C2线程数。在计算机资源充足的情况,字节码的解释运行和编译运行时可以同时进行,编译执行完后的机器码会在下次调用该方法时启动,已替换原本的解释执行(意思就是已经翻译出效率更高的机器码,自然替换原来的相对低效率执行的方法)。 工作方式以前有句话说:“Java是解释执行的 ” 。现在看来确实不是很准确,至于原因,在此简略解释 解释执行:将编译好的字节码一行一行地翻译为机器码执行。 编译执行:以方法为单位,将字节码一次性翻译为机器码后执行。 比较 解释器优点:当程序需要迅速启动的时候,解释器可以首先发挥作用,省去了编译的时间,立即执行。解释执行占用更小的内存空间。同时,当编译器进行的激进优化失败的时候,还可以进行逆优化来恢复到解释执行的状态。编译器优点:在程序运行时,随着时间的推移,编译器逐渐发挥作用,把越来越多的代码编译成本地代码之后,可以获得更高的执行效率。 因此,整个虚拟机执行架构中,解释器与编译器经常配合工作,如下图所示。![]() 即时编译存在的意义在于它是提高程序性能的重要手段之一。根据“二八定律”(即:百分之二十的代码占据百分之八十的系统资源),对于大部分不常用的代码,我们无需耗时间将之编译为机器码,而是采用解释执行的方式,用到就去逐条解释运行;对于一些仅占据小部分的热点代码(可认为是反复执行的重要代码),则可将之翻译为符合机器的机器码高效执行,提高程序的效率,此为运行时的即时编译。 HotSpot中内置了两个即时编译器,分别称为 Client Compiler和 Server Compiler ,或者简称为 C1 编译器和 C2 编译器。 C1:即Client编译器,面向对启动性能有要求的客户端GUI程序,采用的优化手段比较简单,因此编译的时间较短。C2:即Server编译器,面向对性能峰值有要求的服务端程序,采用的优化手段复杂,因此编译时间长,但是在运行过程中性能更好。目前的 HotSpot 编译器默认的是解释器和其中一个即时编译器配合的方式工作,具体是哪一个编译器,取决于虚拟机运行的模式,HotSpot 虚拟机会根据自身版本与计算机的硬件性能自动选择运行模式,用户也可以使用 -client 和 -server 参数强制指定虚拟机运行在 Client 模式或者 Server 模式。这种配合使用的方式称为“混合模式”(Mixed Mode),用户可以使用参数 -Xint 强制虚拟机运行于 “解释模式”(Interpreted Mode),这时候编译器完全不介入工作。另外,使用 -Xcomp 强制虚拟机运行于 “编译模式”(Compiled Mode),这时候将优先采用编译方式执行,但是解释器仍然要在编译无法进行的情况下接入执行过程。通过虚拟机 -version 命令可以查看当前默认的运行模式。 被编译对象和触发条件在运行过程中会被即时编译的“热点代码”有两类,即: 被多次调用的方法被多次执行的循环体 对于第一种,编译器会将整个方法作为编译对象,这也是标准的JIT 编译方式。对于第二种是由循环体出发的,但是编译器依然会以整个方法作为编译对象,因为发生在方法执行过程中,称为栈上替换。判断一段代码是否是热点代码,是不是需要出发即时编译,这样的行为称为热点探测(Hot Spot Detection),探测算法有两种,分别为 基于采样的热点探测(Sample Based Hot Spot Detection):虚拟机会周期的对各个线程栈顶进行检查,如果某些方法经常出现在栈顶,这个方法就是“热点方法”。好处是实现简单、高效,很容易获取方法调用关系。缺点是很难确认方法的reduce,容易受到线程阻塞或其他外因扰乱。基于计数器的热点探测(Counter Based Hot Spot Detection):为每个方法(甚至是代码块)建立计数器,执行次数超过阈值就认为是“热点方法”。优点是统计结果精确严谨。缺点是实现麻烦,不能直接获取方法的调用关系。HotSpot 使用的是第二种-基于技术其的热点探测,并且有两类计数器:方法调用计数器(Invocation Counter )和回边计数器(Back Edge Counter )。 这两个计数器都有一个确定的阈值,超过后便会触发 JIT 编译。 方法调用计数器 Client 模式下默认阈值是 1500 次,在 Server 模式下是 10000次,这个阈值可以通过 -XX:CompileThreadhold 来人为设定。如果不做任何设置,方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数,而是一个相对的执行频率,即一段时间之内的方法被调用的次数。当超过一定的时间限度,如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译,那么这个方法的调用计数器就会被减少一半,这个过程称为方法调用计数器热度的衰减(Counter Decay),而这段时间就成为此方法的统计的半衰周期( Counter Half Life Time)。进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的,可以使用虚拟机参数 -XX:CounterHalfLifeTime 参数设置半衰周期的时间,单位是秒。整个 JIT 编译的交互过程如下图。![]() ![]() 默认情况下,无论是方法调用产生的即时编译请求,还是 OSR 请求,虚拟机在代码编译器还未完成之前,都仍然将按照解释方式继续执行,而编译动作则在后台的编译线程中进行,用户可以通过参数 -XX:-BackgroundCompilation 来禁止后台编译,这样,一旦达到 JIT 的编译条件,执行线程向虚拟机提交便已请求之后便会一直等待,直到编译过程完成后再开始执行编译器输出的本地代码。 对于 Client 模式而言 它是一个简单快速的三段式编译器,主要关注点在于局部的优化,放弃了许多耗时较长的全局优化手段。 第一阶段,一个平台独立的前端将字节码构造成一种高级中间代码表示(High-Level Intermediate Representaion , HIR)。在此之前,编译器会在字节码上完成一部分基础优化,如 方法内联,常量传播等优化。第二阶段,一个平台相关的后端从 HIR 中产生低级中间代码表示(Low-Level Intermediate Representation ,LIR),而在此之前会在 HIR 上完成另外一些优化,如空值检查消除,范围检查消除等,让HIR 更为高效。第三阶段,在平台相关的后端使用线性扫描算法(Linear Scan Register Allocation)在 LIR 上分配寄存器,做窥孔(Peephole)优化,然后产生机器码。 Client Compiler 的大致执行过程如下图所示:![]() 这里是引用 http://www.cnblogs.com/linghu-java/p/8589843.html http://www.cnblogs.com/lingz/p/9394238.html |
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