深入理解JVM之编译优化

JDK在源码编译阶段将源码编译为JVM字节码，JVM字节码是一种平台无关的中间代码方式，要由JVM在运行期间对其进行解释并执行，这种方式成为字节码解释执行方式。
对于面向对象的语言而言，最重要的是执行方法的指令，JVM有一套自己的执行方法的指令：invokestatic（调用static方法）、invokevirtual（调用对象实例的方法）、invokeinterface（调用接口的方法）、invokespecial（调用private方法和编译源码后生成的方法，此方法为对象实例化时的初始化方法）

字节码是在栈中执行
线程创建时，会产生程序计数器（PC）、栈，PC存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量。栈中存放栈帧，栈帧主要分为局部变量区、操作数栈两部分。
局部变量区用于存放方法的局部变量和参数，操作数栈用于存放方法执行过程中产生的中间结果，栈帧中还有一些其它空间，如方法已解析的常量池引用。

图片发自App

void foo(){
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = (a + b) * 5;
}

编译后字节码：

code:
0:iconst_1 //将类型为int、值为1的常量放入操作数栈
1: istore_0 //将操作数栈中栈顶的值弹出放入局部变量区
2：iconst_2 //将类型为int、值为2的常量放入操作数栈
3：istore_1 //将操作数栈中栈顶的值弹出放入局部变量区
4：iload_0 //装载局部变量区中第一个值到操作数栈
5：iload_1 //装载局部变量区中第二个值到操作数栈
6：iadd //执行int类型的add指令，并将计算结果放入操作数栈
7：iconst_5 //将类型为int、值为5的常量放入操作数栈
8：imul //执行int类型的mul指令，并将计算结果放入操作数栈
9：istore_2 //将操作数栈中栈顶的值弹出并放入局部变量区
10：return //返回

编译执行
解释执行的效率较低，为提升代码的执行性能，JVM提供将字节码编译为机器码的支持，编译在运行时进行，通常称为JIT编译器，JVM在执行过程中对执行频率高的代码进行编译，对执行不频繁的代码则继续采用解释执行的方式。
编译执行有两种模式：client compiler（-client）和server compiler（-server）
client compiler又称为C1，较轻量级，只做少量性能开销比较高的优化，它占用内存少，适合桌面交互式应用，它的优化方式主要有：方法内联，去虚拟化，冗余削除等。
1，方法内联：在方法中需要调用其它方法，需要经历参数传递、返回值传递及跳转等，方法内联即把调用到的方法的指令直接植入到当前方法中
2，去虚拟化：在装载class之后，进行类层次的分析，如发现接口的方法只提供一个实现类，那么对于调用了此方法的代码，也可以进行方法内联。
3，冗余削除：在编译时，根据运行时状况进行代码折叠或削除。去掉不需要的代码指令。
Server compiler又称为C2，较为重量级，C2采用大量传统编译优化技巧，占用内存多，适用于服务器端应用。
“逃逸分析”是C2进行很多优化的基础，逃逸分析是指根据运行状况来判断方法中的变量是否会被外部读取，如不会则认为此变量是逃逸的，基于逃逸分析C2在编译时会做标量替换、栈上分配、同步削除等
1，标量替换：用标量替换聚合量，见代码：

Point point = new Point（1,2）;
System.out.println("point.x="+point.x+"; point.y="+point.y);

当point对象在后面的执行过程中未用到时，经过编译后，代码会变成类似下面的结构：

int x = 1；
int y = 2;
System.out.println("point.x="+x+"; point.y="+y);

这种方式的好处是，如果创建的对象并未用到其中的全部变量，则可节省一定的内存，对于代码执行而言，由于无需去找对象的引用，也会更快一些。
2，栈上分配：如果上例中，point是逃逸的，那么C2会选择在栈上直接创建point对象实例，而不是在JVM堆上，在栈上分配的好处一方面是快速，另方面是垃圾回收时随着方法的结束，对象也就被回收了。
3，同步削除：指同步的对象逃逸，方法外部没有引用到同步的对象，那就没有同步的必要了，C2编译时会直接去掉同步。

JVM会根据机器配置来选择C1还是C2，当机器配置CPU达到2核且内存超过2G则选择C2，但是32位windows机器上始终选择C1模式，也可在启动时通过-client或-server来强制指定。
基于这个特性，在对java代码进行性能测试时，要注意是否实现做了足够次数的调用，以保证测试是公平的。对于高性能的程序而言，也应考虑在程序提供给用户访问前，自行进行一定的调用，以保证关键功能的性能。