java編譯器筑舅，java解釋器

1.java程序是一種可跨平臺(tái)執(zhí)行的語言媒吗，之所以可以跨平臺(tái)，是因?yàn)閖vm的存在坝疼，JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的信息搜贤，使java文件只需要生成為jvm可識(shí)別的字節(jié)碼(*.class)文件，jvm會(huì)將字節(jié)碼文件交給解釋器钝凶，翻譯成機(jī)器碼入客，由解釋器執(zhí)行，JVM解釋執(zhí)行字節(jié)碼文件就是JVM操作Java解釋器進(jìn)行解釋執(zhí)行字節(jié)碼文件的過程腿椎。這樣保證了在任何平臺(tái)上桌硫，都可以成功的執(zhí)行java程序，jvm的存在就是java可跨平臺(tái)的核心啃炸。

2.解釋器是把高級(jí)語言一行一行直接翻譯再運(yùn)行铆隘，它不會(huì)一次性把整個(gè)文件都翻譯過來，而是翻譯一句南用，執(zhí)行一句膀钠，再翻譯，再執(zhí)行裹虫，所以解釋器的程序運(yùn)行起來會(huì)比較慢肿嘲，每次都要解釋之后再執(zhí)行。

3.動(dòng)態(tài)編譯（dynamic compilation）指的是“在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行編譯”筑公；與之相對(duì)的是事前編譯（ahead-of-time compilation雳窟，簡(jiǎn)稱AOT），也叫靜態(tài)編譯（static compilation）匣屡。

什么是JIT

1.JIT編譯（just-in-time?compilation）狹義來說是當(dāng)某段代碼即將第一次被執(zhí)行時(shí)進(jìn)行編譯封救，因而叫“即時(shí)編譯”。JIT編譯是動(dòng)態(tài)編譯的一種特例捣作。JIT編譯一詞后來被泛華誉结，時(shí)常與動(dòng)態(tài)編譯等價(jià)；但要注意廣義與狹義的JIT編譯所指的區(qū)別券躁。JIT(即時(shí)編譯)是用來提高java程序運(yùn)行效率的惩坑，原本字節(jié)碼由解釋器需要經(jīng)過解釋再運(yùn)行掉盅，現(xiàn)在有了JIT技術(shù)，將字節(jié)碼編譯成平臺(tái)相關(guān)的原生機(jī)器碼以舒，并進(jìn)行各個(gè)層次的優(yōu)化怔接，這些機(jī)器碼會(huì)被緩存起來，以備下次使用稀轨，如果JIT對(duì)每條字節(jié)碼都進(jìn)行編譯扼脐，緩存(緩存的指令是有限的)，會(huì)增加開銷奋刽，因此JIT只對(duì)熱點(diǎn)代碼進(jìn)行即時(shí)編譯瓦侮，如循環(huán)，高頻度使用的方法佣谐，會(huì)將整個(gè)方法編譯成本地機(jī)器碼肚吏，然后直接運(yùn)行機(jī)器碼。

java虛擬機(jī)并沒有規(guī)定一定要有JIT狭魂，但是罚攀，即時(shí)編譯器編譯性能的好壞、代碼優(yōu)化程度的高低卻是衡量一款商用虛擬機(jī)優(yōu)秀與否的最關(guān)鍵的指標(biāo)之一雌澄，它也是虛擬機(jī)中最核心且最能體現(xiàn)虛擬機(jī)技術(shù)水平的部分斋泄。

由于Java虛擬機(jī)規(guī)范并沒有具體的約束規(guī)則去限制即使編譯器應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)，所以這部分功能完全是與虛擬機(jī)具體實(shí)現(xiàn)相關(guān)的內(nèi)容镐牺，如無特殊說明炫掐，我們提到的編譯器、即時(shí)編譯器都是指Hotspot虛擬機(jī)內(nèi)的即時(shí)編譯器睬涧，虛擬機(jī)也是特指HotSpot虛擬機(jī)募胃。

為什么HotSpot要使用編譯器和解釋器并存的模式

1.盡管并不是所有的Java虛擬機(jī)都采用解釋器與編譯器并存的架構(gòu)，但許多主流的商用虛擬機(jī)（如HotSpot）畦浓，都同時(shí)包含解釋器和編譯器痹束。解釋器與編譯器兩者各有優(yōu)勢(shì)：當(dāng)程序需要迅速啟動(dòng)和執(zhí)行的時(shí)候，解釋器可以首先發(fā)揮作用讶请，省去編譯的時(shí)間祷嘶，立即執(zhí)行。在程序運(yùn)行后秽梅，隨著時(shí)間的推移抹蚀，編譯器逐漸發(fā)揮作用，把越來越多的代碼編譯成本地代碼之后企垦，可以獲取更高的執(zhí)行效率。當(dāng)程序運(yùn)行環(huán)境中內(nèi)存資源限制較大（如部分嵌入式系統(tǒng)中）晒来，可以使用解釋器執(zhí)行節(jié)約內(nèi)存钞诡，反之可以使用編譯執(zhí)行來提升效率。此外，如果編譯后出現(xiàn)“罕見陷阱”荧降，可以通過逆優(yōu)化退回到解釋執(zhí)行接箫。

2.編譯器的時(shí)間開銷和空間開銷：

解釋器的執(zhí)行，抽象的看是這樣的：
字節(jié)碼 -> [ 解釋器 解釋執(zhí)行機(jī)器碼 ] -> 執(zhí)行結(jié)果
而要JIT編譯然后再執(zhí)行的話朵诫，抽象的看則是：
字節(jié)碼 -> [ 編譯器 編譯 ] -> 與機(jī)器相關(guān)的機(jī)器碼-> [ 執(zhí)行 ] -> 執(zhí)行結(jié)果

說JIT比解釋快辛友，其實(shí)說的是“執(zhí)行編譯后的代碼”比“解釋器解釋執(zhí)行”要快，并不是說“編譯”這個(gè)動(dòng)作比“解釋”這個(gè)動(dòng)作快剪返。

JIT編譯再怎么快废累，至少也比解釋執(zhí)行一次略慢一些，而要得到最后的執(zhí)行結(jié)果還得再經(jīng)過一個(gè)“執(zhí)行編譯后的代碼”的過程脱盲。所以邑滨，對(duì)“只執(zhí)行一次”的代碼而言，解釋執(zhí)行其實(shí)總是比JIT編譯執(zhí)行要快钱反。怎么算是“只執(zhí)行一次的代碼”呢掖看？粗略說，下面兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)就是嚴(yán)格的“只執(zhí)行一次”

1面哥、只被調(diào)用一次哎壳，例如類的構(gòu)造器（class initializer，()）
2尚卫、沒有循環(huán)

對(duì)只執(zhí)行一次的代碼做JIT編譯再執(zhí)行耳峦，可以說是得不償失。對(duì)只執(zhí)行少量次數(shù)的代碼焕毫，JIT編譯帶來的執(zhí)行速度的提升也未必能抵消掉最初編譯帶來的開銷蹲坷。只有對(duì)頻繁執(zhí)行的代碼，JIT編譯才能保證有正面的收益邑飒。

對(duì)一般的Java方法而言循签，編譯后代碼的大小相對(duì)于字節(jié)碼的大小，膨脹比達(dá)到10x是很正常的疙咸。同上面說的時(shí)間開銷一樣县匠，這里的空間開銷也是，只有對(duì)執(zhí)行頻繁的代碼才值得編譯撒轮，如果把所有代碼都編譯則會(huì)顯著增加代碼所占空間乞旦，導(dǎo)致“代碼爆炸”。這也就解釋了為什么有些JVM會(huì)選擇不總是做JIT編譯题山，而是選擇用解釋器+JIT編譯器的混合執(zhí)行引擎兰粉。

哪些程序代碼會(huì)被編譯為本地代碼？如何編譯為本地代碼顶瞳？

程序中的代碼只有是熱點(diǎn)代碼時(shí)玖姑，才會(huì)編譯為本地代碼愕秫，那么什么是熱點(diǎn)代碼呢？運(yùn)行過程中會(huì)被即時(shí)編譯器編譯的“熱點(diǎn)代碼”有兩類：

1焰络、被多次調(diào)用的方法戴甩。
2、被多次執(zhí)行的循環(huán)體闪彼。

兩種情況甜孤，編譯器都是以整個(gè)方法作為編譯對(duì)象乒疏。 這種編譯方法因?yàn)榫幾g發(fā)生在方法執(zhí)行過程之中贝奇，因此形象的稱之為棧上替換（On Stack Replacement助赞，OSR）净刮，即方法棧幀還在棧上笆环，方法就被替換了凛驮。

如何判斷方法或一段代碼或是不是熱點(diǎn)代碼呢木人？

在HotSpot虛擬機(jī)中使用的基于計(jì)數(shù)器的熱點(diǎn)探測(cè)方法缩挑，因此它為每個(gè)方法準(zhǔn)備了兩個(gè)計(jì)數(shù)器：方法調(diào)用計(jì)數(shù)器和回邊計(jì)數(shù)器流昏。在確定虛擬機(jī)運(yùn)行參數(shù)的前提下扎即，這兩個(gè)計(jì)數(shù)器都有一個(gè)確定的閾值，當(dāng)計(jì)數(shù)器超過閾值溢出了况凉，就會(huì)觸發(fā)JIT編譯谚鄙。

方法調(diào)用計(jì)數(shù)器：顧名思義，這個(gè)計(jì)數(shù)器用于統(tǒng)計(jì)方法被調(diào)用的次數(shù)刁绒。

當(dāng)一個(gè)方法被調(diào)用時(shí)闷营，會(huì)先檢查該方法是否存在被JIT編譯過的版本，如果存在知市，則優(yōu)先使用編譯后的本地代碼來執(zhí)行傻盟。如果不存在已被編譯過的版本，則將此方法的調(diào)用計(jì)數(shù)器值加1嫂丙，然后判斷方法調(diào)用計(jì)數(shù)器與回邊計(jì)數(shù)器值之和是否超過方法調(diào)用計(jì)數(shù)器的閾值娘赴。如果超過閾值，那么將會(huì)向即時(shí)編譯器提交一個(gè)該方法的代碼編譯請(qǐng)求跟啤。

如果不做任何設(shè)置诽表，執(zhí)行引擎并不會(huì)同步等待編譯請(qǐng)求完成，而是繼續(xù)進(jìn)行解釋器按照解釋方式執(zhí)行字節(jié)碼隅肥，直到提交的請(qǐng)求被編譯器編譯完成竿奏。當(dāng)編譯工作完成之后，這個(gè)方法的調(diào)用入口地址就會(huì)系統(tǒng)自動(dòng)改寫成新的腥放，下一次調(diào)用該方法時(shí)就會(huì)使用已編譯的版本泛啸。

回變計(jì)數(shù)器：它的作用就是統(tǒng)計(jì)一個(gè)方法中循環(huán)體代碼執(zhí)行的次數(shù)，在字節(jié)碼中遇到控制流向后跳轉(zhuǎn)的指令稱為“回邊”捉片。

六.如何編譯為本地代碼

Server Compiler和Client Compiler兩個(gè)編譯器的編譯過程是不一樣的平痰。

對(duì)Client Compiler來說汞舱，它是一個(gè)簡(jiǎn)單快速的編譯器伍纫，主要關(guān)注點(diǎn)在于局部?jī)?yōu)化宗雇，而放棄許多耗時(shí)較長(zhǎng)的全局優(yōu)化手段。

而Server Compiler則是專門面向服務(wù)器端的莹规，并為服務(wù)端的性能配置特別調(diào)整過的編譯器赔蒲，是一個(gè)充分優(yōu)化過的高級(jí)編譯器。

1良漱、Client Compiler
簡(jiǎn)稱C1編譯器舞虱；
(A)應(yīng)用特點(diǎn)
較為輕量，只做少量性能開銷比較高的優(yōu)化母市，它占用內(nèi)存較少矾兜，適合于桌面交互式應(yīng)用。

(B)優(yōu)化技術(shù)
它是一個(gè)簡(jiǎn)單快速的三段式編譯器患久，主要關(guān)注點(diǎn)在于局部性的優(yōu)化椅寺，而放棄了許多耗時(shí)較長(zhǎng)的全局優(yōu)化；在寄存器分配策略上蒋失，JDK6以后采用的為線性掃描寄存器分配算法返帕，其他方面的優(yōu)化，主要有方法內(nèi)聯(lián)篙挽、去虛擬化荆萤、冗余消除等；

(C)設(shè)置參數(shù)
可以使用"-client"參數(shù)強(qiáng)制選擇運(yùn)行在Client模式（Client VM）

2铣卡、Server Compiler
簡(jiǎn)稱C2編譯器链韭，也叫Opto編譯器；
(A)應(yīng)用特點(diǎn)
較為重量煮落，采用了大量傳統(tǒng)編譯優(yōu)化的技巧來進(jìn)行優(yōu)化敞峭，占用內(nèi)存相對(duì)多一些，適合服務(wù)器端的應(yīng)用州邢。

(B)優(yōu)化技術(shù)
它會(huì)執(zhí)行所有經(jīng)典的優(yōu)化動(dòng)作儡陨，如無用代碼消除、循環(huán)展開量淌、循環(huán)表達(dá)式外提骗村、消除公表達(dá)式、常量傳播呀枢、基本塊重排序等胚股；還會(huì)一些與Java語言特性密切相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)，如范圍檢查消除裙秋、空值檢查消除等琅拌；另外缨伊，還進(jìn)行一些不穩(wěn)定的激進(jìn)優(yōu)化，如守護(hù)內(nèi)聯(lián)进宝、分支頻率預(yù)測(cè)等刻坊。

(C)收集性能信息
由于C2會(huì)收集程序運(yùn)行信息，因此其優(yōu)化范圍更多在于全局優(yōu)化党晋，不僅僅是一個(gè)方塊的優(yōu)化谭胚；收集的信息主要有：分支的跳轉(zhuǎn)/不跳轉(zhuǎn)的頻率、某條指令上出現(xiàn)過的類型未玻、是否出現(xiàn)過空值灾而、是否出現(xiàn)過異常等。

(D)與C1的不同點(diǎn)
和C1的不同主要在于寄存器分配策略及優(yōu)化范圍扳剿，寄存器分配策略上C2采用傳統(tǒng)的全局圖著色寄存器分配算法旁趟；C2編譯速度較為緩慢，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的靜態(tài)優(yōu)化編譯器庇绽；而且編譯輸出的代碼質(zhì)量高锡搜，可以減少本地代碼的執(zhí)行時(shí)間。

(E)設(shè)置參數(shù)
可以使用"-server"參數(shù)強(qiáng)制選擇運(yùn)行在Server模式（Server VM）

七.HotSpot 虛擬機(jī)的優(yōu)化技術(shù)

1.HotSpot 虛擬機(jī)使用了很多種優(yōu)化技術(shù)敛劝，這里只簡(jiǎn)單介紹其中的幾種余爆，完整的優(yōu)化技術(shù)介紹可以參考官網(wǎng)內(nèi)容。

(1)公共子表達(dá)式消除：
如果一個(gè)表達(dá)式已經(jīng)進(jìn)行過計(jì)算夸盟，并且在下次用到之前依賴的變量沒有變化蛾方，即表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果不會(huì)發(fā)生變化，則在下次使用這個(gè)表達(dá)式時(shí)直接使用計(jì)算的結(jié)果上陕。

(2)數(shù)組邊界檢查消除：
在 Java 中訪問數(shù)組時(shí)桩砰，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行邊界檢查來防止數(shù)組下標(biāo)越界。但是對(duì)于某些情況并不需要每次訪問都去檢查释簿，如在一個(gè)循環(huán)中遍歷數(shù)組元素亚隅，如果虛擬機(jī)能夠確定下標(biāo)不會(huì)發(fā)生越界并且優(yōu)化確實(shí)能夠提高運(yùn)行速度，則虛擬機(jī)會(huì)去除每次訪問的下標(biāo)檢查庶溶。

(3)方法內(nèi)聯(lián)：
對(duì)于可以內(nèi)聯(lián)的方法煮纵，直接復(fù)制到調(diào)用者代碼中，減少方法調(diào)用次數(shù)和性能消耗偏螺。

(4)逃逸分析：
方法中定義的一個(gè)對(duì)象行疏，如果會(huì)被其他方法訪問則稱為方法逃逸，如果會(huì)被其他線程訪問則稱為線程逃逸套像。對(duì)于不能逃逸的對(duì)象酿联，HotSpot 虛擬機(jī)采用了棧上分配、同步消除、標(biāo)量替換等方法進(jìn)行優(yōu)化贞让。

八.JIT編譯閾值

即時(shí)編譯JIT只在代碼段執(zhí)行足夠次數(shù)才會(huì)進(jìn)行優(yōu)化周崭，在執(zhí)行過程中不斷收集各種數(shù)據(jù)，作為優(yōu)化的決策喳张，所以在優(yōu)化完成之前续镇，例子中的User對(duì)象還是在堆上進(jìn)行分配。

那么一段代碼需要執(zhí)行多少次才會(huì)觸發(fā)JIT優(yōu)化呢蹲姐？通常這個(gè)值由-XX:CompileThreshold參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：

1磨取、使用client編譯器時(shí)人柿，默認(rèn)為1500柴墩；
2、使用server編譯器時(shí)凫岖，默認(rèn)為10000江咳；

意味著如果方法調(diào)用次數(shù)或循環(huán)次數(shù)達(dá)到這個(gè)閾值就會(huì)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)編譯，更改CompileThreshold標(biāo)志的值哥放，將使編譯器提早（或延遲）編譯歼指。

除了標(biāo)準(zhǔn)編譯，還有一個(gè)叫做OSR（On Stack Replacement）棧上替換的編譯甥雕，如上述例子中的main方法踩身，只執(zhí)行一次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到閾值社露，但是方法體中執(zhí)行了多次循環(huán)挟阻，OSR編譯就是只編譯該循環(huán)代碼，然后將其替換峭弟，下次循環(huán)時(shí)就執(zhí)行編譯好的代碼附鸽，不過觸發(fā)OSR編譯也需要一個(gè)閾值，可以通過以下公式得到瞒瘸。

-XX:CompileThreshold = 10000
-XX:OnStackReplacePercentage = 140
-XX:InterpreterProfilePercentage = 33
OSR trigger = (CompileThreshold * (OnStackReplacePercentage - InterpreterProfilePercentage)) / 100 = 10700

其中trigger即為OSR編譯的閾值坷备。

更多關(guān)于編譯閾值信息請(qǐng)參考http://www.reibang.com/p/20bd2e9b1f03