【学习JVM】程序编译与代码优化（语法糖）

程序编译与代码优化（语法糖）

需要参考的准备数据：

《深入理解JAVA虚拟机》

需要参考的知识点：

字节码结构
javac编译器
泛型编程
装箱和拆箱
注解
JIT即时编译器
类加载过程

知识的记录方式：

 - 查看博客，把没有遇见过的或者觉得比较经典的博文段落摘录
 - 自己的理解以条目的形式展示
 - 知识误解标记
 - 知识盲区标记
 - JAVA内存模型这个知识点基本上每本书都会讲解，最好的方式将每本的书的这一章都读一下，然后摘录重要的知识点，通过反复和串联达到效果。

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重要笔记：

javac编译器

• javac并非JVM规范中必要的，而是由虚拟机厂商自己实现的一套工具。
  [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0aGY9qia-1579504969679)(https://i.loli.net/2019/04/26/5cc2c468a9163.png)]

• javac编译的3大主要过程：
  1.解析语法树和填充符号表过程
  2.注解处理过程（插入式注解处理器的处理过程）
  3.分析和字节码生产过程

• 将源代码通过词法分解后以语法树的结构存储

• 将语法树转化成符号表，符号表类似一个信息仓库，存放着接下来编译的各个阶段所需要的信息

• 注解处理阶段，将注解解析嵌入到编译过程，类似于提供用于介入编译过程的接口。

• 最后将语法糖解析（这里会发生常量折叠，比如1+2会编译成3，还会将泛型等语法糖解析成普通类型方法）并转化成JVM标准规范的字节码并写入到磁盘。

  • 语法糖是编译器的小把戏，在小把戏下会增加代码的可读性，提高编码的效率。不过我们要去了解语法糖的真实面目，从而更好地去使用它，而不被他迷惑。（比如integer.value(1)和integer.value(2)其实是同一个对象。因为装箱被缓存了）

• Java语言层面的校验由编译器负责（比如，java层面的方法签名包括：方法名称，参数类型，参数顺序，由编译器保证方法签名不能重复），而字节码层面的校验由JVM的类加载逻辑来负责（比如，字节码层面的方法签名包括：方法名称，参数类型，参数顺序以及返回值、异常列表，由JVM运行时类加载保证方法签名不能重复）

• 真正的泛型在编译后会产生新的类型，叫做类型膨胀，而java的伪泛型不会，它会在编译后依然是原类型，所有的泛型标记从方法的字节码中擦除，只能通过类字节码的signature中去获取（可以通过反射获取）。

• java的伪泛型会导致无法支持泛型类型方法重载，因为编译器无法区别方法的签名，如下：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PsqLLJBX-1579504969680)(https://i.loli.net/2019/04/26/5cc2c468ad392.png)]

• 如果想要重载该方法可以让它的返回值不一样，即让它们字节码层面的签名不一样，这样在Hotspot的javac会破例让他通过编译校验。如下
  [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zGedTlPe-1579504969680)(https://i.loli.net/2019/04/26/5cc2c467d6f7c.png)]

• 拆箱和装箱是在javac中使用最多的语法糖。

• 语法糖不会改变字节码规范，所以了解语法糖背后逻辑的最好方法就是反编译字节码。

• 注解处理器在JVM编译代码时会触发，用于修改源代码中的语法树的数据（词义分析过后就是语义分析，紧接着生产语法树），修改后的语法树就会被生产字节码了。

• 注解处理器，是以注解作为过滤条件，然后以visit设计模式访问被注解的类或者方法的语法树。

• java为什么不需要编译预处理呢？因为java编译的时候会将所有编译单元（语法树）的根节点加入到符号表中，并在并在符号表间建立好了关联关系。

解析器与JIT编译器

• 当编译器优化效果不好时，会采用逆优化重新让代码回归到解释器去执行（或者是编译程度较弱的C1编译器），此时解释器可以称为是编译器的逃生门。

• Xint可以强制使用解释器独立工作。

• Xcomp 可以建议JVM尽可能的使用编译器工作，不得已才用解释器。

• C1编译器比C2编译器的优化程度较低，如非长时间运行建议采用C1（-client开启），如果长时间运行则采用C2（-server开启），采用C2长时间运行效率较高。

• XX:+TieredCompilation分层策略会根据编译的规模和耗时将代码分层。不同的层次采用不同的策略，有些代码被分派多个层次的会被编译多次，不同层次采用工具不同（有时只采用解析器，有时候采用C1，有时候采用C2）。在分层策略中C1和C2两种模式混合进行配合。而profiling的性能监控程序会辅助分析来分层。这个功能在1.7版本默认开启。

• 触发编译的条件有两个：方法栈帧频繁调用，方法内的循环体被多次执行。而编译的对象只有一个：“方法栈帧”。编译过后，栈帧会被替换，这个称为**“OSR编译”**

• 检测触发条件的热点探测技术有3种主流方式：1.基于内部预设阈值的计数器，2.基于采样统计，3.基于“踪迹Trace”.

• Hotspot采用基于计数器的热点探测技术。它的方法计数器的阈值通过-XX：compileThreshold设定，默认C1是1500次，C2是1万次。（而回边计数器的阈值可以通过-XX:OnStackReplacePercentage间接设置）

• 在Hotspot中热点探测的计数器有：方法计数器和回边计数器，这类计数器是某一段时间的统计，过了段时间（半衰期）后，这个统计值会衰变一半。

• 半衰期可以被启动参数控制（半衰期的时间，以及是否开启半衰期）

下图为方法的内存布局：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vtjkmzdR-1579504969681)(https://i.loli.net/2019/04/26/5cc2c468b5b80.png)]

• javac去除了-O参数后基本没有多少代码优化技术了，所有的优化技术都用在JIT即时编译器上。也就是说代码由解释器解释后的本地代码远远无法与JIT即时编译器优化后的本地代码相提并论。
• 空循环会被JIT即时编译器去掉。
• 函数内联发生在生成高级中间代码的时候发生。inline技术可以减少方法调用成本，还可以为后续的代码优化提供了场景。
• 被内联的方法如果是动态方法（比如是invokevirtual方法）则需要采用“类继承关系分析技术”去计算出类的上下文，从而实现内联（如果分析出关系不唯一，就使用守护内联，即退化为解析执行。否则就一直使用内联函数直到继承关系不唯一时触发退化）。
• 方法逃逸（将局部创建的对象传入其他方法的作用域）和线程逃逸（通过全局引用传递局部创建的对象）都是造成堆对象共享的方式。
• 逃逸分析技术很耗性能，如果逃逸对象少的话，这样的消耗性价比不高。所以Hotspot等虚拟机默认不开启。
• 对象的普通方法默认就是virtual类型的（通过invokevirtual访问），这个会影响函数内联的覆盖率。
• java栈上无法分配对象。（最多只能把聚合量替换为标量）

如何与C艹互杠，成为一名合格的JAVA杠精

JAVA相对C++的不足，以及换来的优势：

较C艹不足	换取的优势
即时编译器运行占有用户运行时间	JAVA可以实现跨平台，并且java代码马上编写就可以马上运行，而且即时编译可以在运行时对运行性能进行实时监控，来做到更加激进的功能优化。（如果过于激进会触发退化，比如守护内联函数）
java是动态的类型安全语言，会占用运行时来进行安全检测（比如数组访问边界检测）	使得用户不需要过多担心代码安全问题
java默认方法是虚方法，影响函数内联	提高类的动态加载和动态扩展能力
java无法在栈上分配对象	内存分配机制简单，垃圾回收也简单高效。