JVM的解释器和即时编译器JIT

参考网址 https://www.cnblogs.com/linghu-java/p/8589843.html.

1 什么是Java编译器

  Java编译器：将Java源文件(.java文件)编译成字节码文件(.class文件，是特殊的二进制文件，二进制字节码文件)，这种字节码就是JVM的“机器语言”。javac.exe可以简单看成是Java编译器。

2 JVM内的解释器和即时编译器器

  什么是机器码？

  机器码就是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。

  而解释器和即时编译器(Just In Time Compiler，JIT)就是JVM中将字节码转化为机器码的工具。

2.1 解释器

   解释器是一行一行地将字节码解析成机器码，解释到哪就执行到哪，狭义地说，就是for循环100次，你就要将循环体中的代码逐行解释执行100次。当程序需要迅速启动和执行时，解释器可以首先发挥作用，省去编译的时间，立即执行。

2.2 即时编译器器

   即时编译器按照我的理解就是：以方法为单位，将热点代码的字节码一次性转为机器码，并在本地缓存起来的工具。避免了部分代码被解释器逐行解释执行的效率问题。

3 HotSpot 内的即时编译器

   解释器和编译器各有各的优点：

   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。

   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。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。

3.1 被编译对象和触发条件

热点代码

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。

热点代码探测算法

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。

调用计数器

  首先是方法调用计数器。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。

回边计数器

  第二个回边计数器，作用是统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边”（ Back Edge ）。显然，建立回边计数器统计的目的就是为了触发 OSR 编译。关于这个计数器的阈值， HotSpot 提供了 -XX：BackEdgeThreshold 供用户设置，但是当前的虚拟机实际上使用了 -XX：OnStackReplacePercentage 来简介调整阈值。