第六章 字節碼執行方式--解釋執行和JIT，字節碼jit
注：主要參考自《分布式java應用：基礎與實踐》《深入理解Java虛擬機（第二版）》
1、兩種執行方式：
- 解釋執行（運行期解釋字節碼並執行）
- 編譯為機器碼執行（將字節碼編譯為機器碼並執行，這個編譯過程發生在運行期，稱為JIT編譯）
- 強制使用該模式：-Xcomp，下面是兩種編譯模式
- client（即C1）：只做少量性能開銷比高的優化，占用內存少，適用於桌面程序。
- server（即C2）：進行了大量優化，占用內存多，適用於服務端程序。會收集大量的運行時信息。
注意：
- 32為機器默認選擇C1，可在啟動時添加-client或-server來指定，64位機器若CPU>2且物理內存>2G則默認為C2，否則為C1
- Hotspot JVM執行代碼的機制：對在執行過程中執行頻率高的代碼進行編譯，對執行頻率不高的代碼繼續解釋執行
2、解釋執行
查看 第三章 類文件結構與javap的使用 中的inc()方法的執行
或者查看《深入了解java虛擬機（第二版）》P272-P275
3、編譯執行
- 編譯的對象
- 方法
- 方法中的循環體
- OSR編譯：編譯整段代碼，但是只有循環體部分會執行機器碼，其他部分還是解釋執行
- 觸發條件（執行頻率大於多少）
- 方法調用計數器：方法被調用的次數
- client:1500 server:10000
- 該阈值可通過-XX:CompileThreshold來指定
- 這裡"方法調用的次數"是指一段時間（半衰周期）內的調用次數，如果半衰周期內，該次數沒有達到阈值，則該次數減半。
- -XX:-UseCounterDecay 關閉上述機制，即半衰周期的無窮大
- -XX:CounterHalfLifeTime 半衰周期
- 回邊計數器：循環體內循環代碼的執行次數（即for中代碼的循環的次數）
- client:13995 server:10700
- 該阈值可通過-XX:OnStackReplacePercent（注意該OSRP只是一個計算回邊計數阈值的中間值），回邊計數阈值
- client：CompileThreshold*OSRP/100
- server：CompileThreshold*(OSRP-InterPreterProfilePercentage)/100
- -XX:OnStackReplacePercent:140 InterPreterProfilePercentage:33
- 方法編譯執行
- 解釋器調用方法時，檢查是否有已經存在的編譯版本，如果有，執行機器碼，如果沒有，方法調用計數器+1，然後判斷方法調用計數器是否超過阈值，若超過，進行編譯，後台線程進行編譯，前台線程繼續解釋執行（即不會阻塞），直到下一次調用方法時，如果編譯好了，就直接執行機器碼，如果沒編譯好，就解釋執行。
- 循環體編譯執行
- 解釋器執行到循環體時，檢查是否有已經存在的編譯版本，如果有，執行機器碼，如果沒有，回邊計數器+1，然後判斷回邊計數器是否超過阈值，若超過，進行編譯，後台線程進行編譯，前台線程繼續解釋執行（即不會阻塞），直到下一次執行到循環體時，如果編譯好了，就直接執行機器碼，如果沒編譯好，就解釋執行。
4、C1優化
說明：關於全部的優化技術列表，查看《深入理解java虛擬機（第二版）》P346-P347
只做少量性能開銷比高的優化，占用內存少，主要的優化包括：
- 方法內聯
- 冗余消除
- 復寫傳播
- 消除無用代碼
- 類型繼承關系分析（CHA，輔助）
- 去虛擬化
4.1、方法內聯、冗余消除、復寫傳播、消除無用代碼
4.1.1、方法內聯
方法內聯含義：假設方法A調用了方法B，把B的指令直接植入到A中。
![]()
static class B{
int value;
final int get() {
return value;
}
}
public void foo() {
y = b.get();
//do something
z = b.get();
sum = y + z;
}
View Code
說明：在上述代碼中，b是B的一個實例。
方法內聯之後，
![]()
public void foo() {
y = b.value;
//do something
z = b.value;
sum = y + z;
}
View Code
方法內聯的條件：
- get()編譯後的字節數<=35byte（默認） -XX:MaxInlineSize=35指定
方法內聯的地位：
- 優化系列中最一開始使用的方式（因為是很多其他優化手段的基礎）
- 消除方法調用的成本（建立棧幀、避免參數傳遞、避免返回值傳遞、避免跳轉）
4.1.2、冗余消除
冗余消除：如上邊的兩個b.value冗余（前提，在do something部分沒有對b.value進行操作，這也是我們在做優化之前需要先收集數據的原因）
假設在do something部分沒有對b.value進行操作，進行冗余消除後，
![]()
public void foo() {
y = b.value;
//do something
z = y;
sum = y + z;
}
View Code
4.1.3、復寫傳播
當然，在冗余消除後，JIT對上述的代碼進行分析，發現變量z沒用（可以完全用y來代替），進行"復寫傳播"之後，
![]()
public void foo() {
y = b.value;
//do something
y = y;
sum = y + y;
}
View Code
4.1.4、無用代碼消除
在"復寫傳播"後，發現"y=y"是無用代碼，所以可以進行"無用代碼的消除"操作，消除之後，
![]()
public void foo() {
y = b.value;
//do something
sum = y + y;
}
View Code
需要說明的是，這裡的"無用代碼的消除"是在前三部優化的基礎上來做的，而javac編譯中"語義分析"部分的"無用代碼的消除"是直接消除一些直接寫好的代碼（例如：if(false){}）
4.2、類型繼承關系分析、去虛擬化
![]()
public interface Animal {
public void eat();
}
public class Cat implements Animal{
public void eat() {
System.out.println("cat eat fish");
}
}
public class Test{
public void methodA(Animal animal){
animal.eat();
}
}
View Code
首先分析Animal的整個"類型繼承關系"，發現只有一個實現類Cat，那麼在methodA(Animal animal)的代碼就可以優化為如下，
![]()
public void methodA(Animal animal){
System.out.println("cat eat fish");
}
View Code
但是，如果之後在運行過程中，"類型繼承關系"發現Animal又多了一個實現類Dog，那麼此時就不在執行之前優化編譯好的機器碼了，而是進行解釋執行，即如下的"逆優化"。
逆優化：
當編譯後的機器碼的執行不再符合優化條件，則該機器碼對應的部分回到解釋執行。
eg.比如"去虛擬化"，如果編譯之後，發現類的實現方法多於一種了，此時就要執行"逆優化"
5、C2優化
進行了大量優化，占用內存多，適用於服務端程序，對於C2優化，除了具有C1的優化措施後，還有很多優化。
逃逸分析（輔助）：
開啟：-XX:+DoEscapeAnalysis
根據運行狀況來判斷方法中的變量是否會被方法或外部線程所讀取，若不會，此變量是不逃逸的。基於此，C2在編譯時會做：
- 標量替換：開啟 -XX:+EliminateAllocations
- 棧上分配
- 同步削除：開啟 -XX:+EliminateLocks
5.1、標量替換
含義：將一個java對象打散，根據程序，將該對象中的屬性作為一個個標量來使用。
![]()
Point point = new Point(1,2);
System.out.println("point.x:" + point.x + ",point.y:" + point.y);
//do after
View Code
若在//do after中（即前邊兩句代碼之後的所有代碼中）再沒有其他代碼訪問"point對象"了，則將"point對象"打散並進行標量替換，
![]()
int x = 1;
int y = 2;
System.out.println("point.x:" + x + ",point.y:" + y);
View Code
好處：
- 如果對象中定義的所有變量有的並沒有被用到，"標量替換"可以節省內存
- 執行時，不需要尋找對象引用，速度會快
5.2、棧上分配
含義：確定一個方法的變量不會逃逸出當前方法之外（即該變量不會被其他方法引用），則該變量可以直接分配在棧上，隨方法執行結束，棧幀消失，該變量也消失，減輕GC壓力。
好處：
- 執行時，不需要根據對象引用去堆中找對象，速度會快
- 分配在棧上，隨方法執行結束，棧幀消失，該變量也消失，減輕GC壓力。
5.3、同步削除
含義：確定一個方法的變量不會逃逸出當前線程之外（即該變量不會被其他線程使用），則對於該變量的同步策略就消除掉，如下，
![]()
synchronized(cat){
//do xxx
}
View Code
若cat不會逃逸出當前線程，則同步塊可以去掉，如下，
![]()
//do xxx
View Code
總結：
解釋器：
- 程序啟動速度比編譯快
- 節省內存（不需要編譯，所以不需要放置編譯後的機器碼）
JIT編譯器：
注意：
- 使用JIT而不是使用在編譯期直接編譯成機器碼，除了解釋器部分的兩條有點外，還為了在運行期收集數據，有目的的進行編譯
