深入理解JVM之編譯優(yōu)化

JDK在源碼編譯階段將源碼編譯為JVM字節(jié)碼,JVM字節(jié)碼是一種平臺(tái)無關(guān)的中間代碼方式舷蒲,要由JVM在運(yùn)行期間對(duì)其進(jìn)行解釋并執(zhí)行驹沿,這種方式稱為字節(jié)碼解釋執(zhí)行方式游添。
對(duì)于面向?qū)ο蟮恼Z言而言惨恭,最重要的是執(zhí)行方法的指令酷麦,JVM有一套自己的執(zhí)行方法的指令:invokestatic(調(diào)用static方法)、invokevirtual(調(diào)用對(duì)象實(shí)例的方法)喉恋、invokeinterface(調(diào)用接口的方法)、invokespecial(調(diào)用private方法和編譯源碼后生成的方法母廷,此方法為對(duì)象實(shí)例化時(shí)的初始化方法)

字節(jié)碼是在棧中執(zhí)行
線程創(chuàng)建時(shí)轻黑,會(huì)產(chǎn)生程序計(jì)數(shù)器(PC)、棧琴昆,PC存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量氓鄙。棧中存放棧幀,棧幀主要分為局部變量區(qū)业舍、操作數(shù)棧兩部分抖拦。
局部變量區(qū)用于存放方法的局部變量和參數(shù),操作數(shù)棧用于存放方法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的中間結(jié)果舷暮,棧幀中還有一些其它空間态罪,如方法已解析的常量池引用。


圖片發(fā)自簡(jiǎn)書App
void foo(){
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = (a + b) * 5;
}

編譯后字節(jié)碼:

code:
0:iconst_1 //將類型為int下面、值為1的常量放入操作數(shù)棧
1: istore_0 //將操作數(shù)棧中棧頂?shù)闹祻棾龇湃刖植孔兞繀^(qū)
2:iconst_2 //將類型為int复颈、值為2的常量放入操作數(shù)棧
3:istore_1 //將操作數(shù)棧中棧頂?shù)闹祻棾龇湃刖植孔兞繀^(qū)
4:iload_0 //裝載局部變量區(qū)中第一個(gè)值到操作數(shù)棧
5:iload_1 //裝載局部變量區(qū)中第二個(gè)值到操作數(shù)棧
6:iadd //執(zhí)行int類型的add指令,并將計(jì)算結(jié)果放入操作數(shù)棧
7:iconst_5 //將類型為int沥割、值為5的常量放入操作數(shù)棧
8:imul //執(zhí)行int類型的mul指令耗啦,并將計(jì)算結(jié)果放入操作數(shù)棧
9:istore_2 //將操作數(shù)棧中棧頂?shù)闹祻棾霾⒎湃刖植孔兞繀^(qū)
10:return //返回

編譯執(zhí)行
解釋執(zhí)行的效率較低,為提升代碼的執(zhí)行性能机杜,JVM提供將字節(jié)碼編譯為機(jī)器碼的支持帜讲,編譯在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行,通常稱為JIT編譯器椒拗,JVM在執(zhí)行過程中對(duì)執(zhí)行頻率高的代碼進(jìn)行編譯似将,對(duì)執(zhí)行不頻繁的代碼則繼續(xù)采用解釋執(zhí)行的方式获黔。
編譯執(zhí)行有兩種模式:client compiler(-client)和server compiler(-server)
client compiler又稱為C1,較輕量級(jí)玩郊,只做少量性能開銷比較高的優(yōu)化肢执,它占用內(nèi)存少,適合桌面交互式應(yīng)用译红,它的優(yōu)化方式主要有:方法內(nèi)聯(lián)预茄,去虛擬化,冗余削除等侦厚。
1耻陕,方法內(nèi)聯(lián):在方法中需要調(diào)用其它方法,需要經(jīng)歷參數(shù)傳遞刨沦、返回值傳遞及跳轉(zhuǎn)等诗宣,方法內(nèi)聯(lián)即把調(diào)用到的方法的指令直接植入到當(dāng)前方法中
2,去虛擬化:在裝載class之后想诅,進(jìn)行類層次的分析召庞,如發(fā)現(xiàn)接口的方法只提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)類,那么對(duì)于調(diào)用了此方法的代碼来破,也可以進(jìn)行方法內(nèi)聯(lián)篮灼。
3,冗余削除:在編譯時(shí)徘禁,根據(jù)運(yùn)行時(shí)狀況進(jìn)行代碼折疊或削除诅诱。去掉不需要的代碼指令。
Server compiler又稱為C2送朱,較為重量級(jí)娘荡,C2采用大量傳統(tǒng)編譯優(yōu)化技巧,占用內(nèi)存多驶沼,適用于服務(wù)器端應(yīng)用炮沐。
“逃逸分析”是C2進(jìn)行很多優(yōu)化的基礎(chǔ),逃逸分析是指根據(jù)運(yùn)行狀況來判斷方法中的變量是否會(huì)被外部讀取回怜,如不會(huì)則認(rèn)為此變量是逃逸的央拖,基于逃逸分析C2在編譯時(shí)會(huì)做標(biāo)量替換、棧上分配鹉戚、同步削除等
1鲜戒,標(biāo)量替換:用標(biāo)量替換聚合量,見代碼:

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

當(dāng)point對(duì)象在后面的執(zhí)行過程中未用到時(shí)抹凳,經(jīng)過編譯后遏餐,代碼會(huì)變成類似下面的結(jié)構(gòu):

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

這種方式的好處是赢底,如果創(chuàng)建的對(duì)象并未用到其中的全部變量失都,則可節(jié)省一定的內(nèi)存柏蘑,對(duì)于代碼執(zhí)行而言,由于無需去找對(duì)象的引用粹庞,也會(huì)更快一些咳焚。
2,棧上分配:如果上例中庞溜,point是逃逸的革半,那么C2會(huì)選擇在棧上直接創(chuàng)建point對(duì)象實(shí)例,而不是在JVM堆上流码,在棧上分配的好處一方面是快速又官,另方面是垃圾回收時(shí)隨著方法的結(jié)束,對(duì)象也就被回收了漫试。
3六敬,同步削除:指同步的對(duì)象逃逸,方法外部沒有引用到同步的對(duì)象驾荣,那就沒有同步的必要了外构,C2編譯時(shí)會(huì)直接去掉同步。

JVM會(huì)根據(jù)機(jī)器配置來選擇C1還是C2播掷,當(dāng)機(jī)器配置CPU達(dá)到2核且內(nèi)存超過2G則選擇C2审编,但是32位windows機(jī)器上始終選擇C1模式,也可在啟動(dòng)時(shí)通過-client或-server來強(qiáng)制指定叮趴。
基于這個(gè)特性,在對(duì)java代碼進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)权烧,要注意是否實(shí)現(xiàn)做了足夠次數(shù)的調(diào)用眯亦,以保證測(cè)試是公平的。對(duì)于高性能的程序而言般码,也應(yīng)考慮在程序提供給用戶訪問前妻率,自行進(jìn)行一定的調(diào)用,以保證關(guān)鍵功能的性能板祝。

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