深入理解Java虚拟机----第十一章：晚期（运行期）优化

目录

第一章：走进Java
第二章：Java内存区域与内存溢出异常
第三章：垃圾收集器与内存分配策略
第四章：虚拟机性能监控与故障处理
第五章：调优案例分析与实战
第六章：类文件结构
第七章：虚拟机类加载机制
第八章：虚拟机字节码执行引
第九章：类加载及其执行子系统的案例与实战
第十章：早期（编译器）优化
第十一章：晚期（运行期）优化
第十二章：Java内存模型与线程
第十三章：线程安全与锁优化

第十一章：晚期（运行期）优化

11.1概述

为了提高热点代码的运行效率，在运行时，虚拟机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，完成这个任务的编译器称为即时编译器（Just In Time Compiler ，JIT编译器）

java虚拟机规范中没有约束JIT的应该如何实现，所以这部分功能完全是与虚拟机具体实现相关的内容

11.2HotSpot虚拟机即时编译器

需要解决的问题

为何HotSpot虚拟机要使用解释器和编译器共存的架构？

为何HotSpot虚拟机要实现两个不同的即时编译器？

程序何时使用解释器执行？何时使用编译器执行？

哪些程序会被编译成本地代码？如何编译为本地代码？

如何从外部观察即时编译器编译过程和编译结果？

11.2.1解释器和编译器

解释器和编译器各自优势

解释器：程序可以迅速启动和执行，省去编译时间；内存限制较大时，可以节约内存；可以作为编译器激进优化的“逃生门”

编译器：编译成本地代码，提升运行效率

HotSpot内置C1和C2两个即时编译器，使用哪个编译器取决于虚拟机运行模式

可以强制设置虚拟机只是用解释器和编译器中的一种

分层编译（为了启动和运行达到平衡）

第0层，程序解释执行，解释器不开启性能监控功能（Profiling），可触发第一层编译

第1层，也成C1编译，将字节码编译为本地代码，进行简单、可靠优化，如有必要加入性能监控的逻辑

第2层（或2层以上），也成C2编译器，将字节码编译为本地代码，但是会启动一些编译耗时较长的优化，甚至会根据性能监控信息进行一些不可靠的激进优化

实时分层后，C1和C2将会同时工作，许多代码可能会被编译多次，C1获取更高的编译速度，C2获取更好的编译质量，在解释执行的时候也无需承担性能监控信息的任务

11.2.2编译对象与触发条件

热点代码：

• 被多次调用的方法：整个方法作为编译对象，标准的JIT编译方式
• 被多次执行的循环体：依然会以整个方法作为编译对象，编译发生在方法执行过程中，称为栈上替换（On Stack Replacement，OSR编译）

热点探测：

判断一段代码是不是热点代码，需不需要触发及时编译的行为称为热点探测（Hot Spot Detection）

探测方式：

• 基于采样的热点探测

周期性的检查栈顶，某个方法经常出现在栈顶，说明是热点方法

优点：简单、高效、可以容易的获取方法调用关系

缺点：很难精确的确认一个方法的热度，容易受到线程阻塞或者其他外界因素的影响而扰乱热点探测

• 基于计数器的热点探测

为每个方法建立一个计数器，统计方法执行的次数，执行次数超过某个阈值就认为他是热点方法

缺点：实现麻烦，不能直接获取方法调用关系

统计结果更加精准、严谨

HotSpot采用基于计数器的热点探测

每个方法有两个计数器

方法调用计数器

可设定阈值

如果不设定，计数器的次数不是绝对值，是一个相对频率，即一段时间内调用的次数

超过一段时间仍未提交即时编译器处理，方法调用计数器热度衰减(一般)，这个时间称为半衰周期，在垃圾收集的时候进行

可以设定绝对次数

回边计数器

统计方法体中循环体执行的次数

为了触发OSR编译

11.2.3编译过程

C1编译器

简单快速的三段式编译，局部优化

第一阶段，一个平台独立的前度将字节码构造成一种高级中间代码表示（HIR）。HIR使用静态单分配的形式来代表代码值

第二阶段，一个平台相关的后端从HIR中产生低级代码表示LIR

最后阶段，平台相关的后端使用线性表扫描法在LIR上分配寄存器，并在LIR上最窥孔优化，然后生成及其代码

C2编译器

会执行所有的典型优化

实施一些和Java语言特性密切相关的技术

根据解释器或者C1提供性能监控，提供不稳定的激进性能优化