JVM(十六:编译器优化)

解释器与编译器

解释器与编译器两者各有优势:当程序需要迅速启动和执行的时候,解释器可以首先发挥作用,省去编译的时间,立即运行。
当程序启动后,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,这样可以减少解释器的中间损耗,获得更高的执行效率。

当程序运行环境中内存资源限制较大,可以使用解释执行节约内存,反之可以使用编译执行来提升效率。
同时,解释器还可以作为编译器激进优化时后备的“逃生门”,让编译器根据概率选择一些不能保证所有情况都正确,但大多数时候都能提升运行速度的优化手段,当激进优化的假设不成立,如加载了新类以后,类型继承结构出现变化、出现“罕见陷阱”(Uncommon Trap)时可以通过逆优化(Deoptimization)退回到解释状态继续执行,因此在整个Java虚拟机执行架构里,解释器与编译器经常是相辅相成地配合工作。



HotSpot虚拟机中内置了两个(或三个)即时编译器,其中有两个编译器存在已久,分别被称为“客户端编译器”(Client Compiler)和“服务端编译器”(Server Compiler),或者简称为C1编译器和C2编译器(部分资料和JDK源码中C2也叫Opto编译器),第三个是在JDK 10时才出现的、长期目标是代替C2的Graal编译器。

在分层编译(Tiered Compilation)的工作模式出现以前,HotSpot虚拟机通常是采用解释器与其中一个编译器直接搭配的方式工作,程序使用哪个编译器,只取决于虚拟机运行的模式,HotSpot虚拟机会根据自身版本与宿主机器的硬件性能自动选择运行模式,用户也可以使用“-client”或“-server”参数去强制指定虚拟机运行在客户端模式还是服务端模式。

无论采用的编译器是客户端编译器还是服务端编译器,解释器与编译器搭配使用的方式在虚拟机中被称为“混合模式”(Mixed Mode),用户也可以使用参数“-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,全部代码都使用解释方式执行。另外,也可以使用参数“-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程序,但是解释器仍然要在编译无法进行的情况下介入执行过程。

实施分层编译后,解释器、客户端编译器和服务端编译器就会同时工作,热点代码都可能会被多次编译,用客户端编译器获取更高的编译速度,用服务端编译器来获取更好的编译质量,在解释执行的时候也无须额外承担收集性能监控信息的任务,而在服务端编译器采用高复杂度的优化算法时,客户端编译器可先采用简单优化来为它争取更多的编译时间。

栈上替换
对于函数体内多次循环执行的情况,编译器会记录循环的次数,达到一定的次数后虚拟机就会判定这段代码为热点代码,然后对其即时编译成机器码。


尽管编译动作是由循环体所触发的,热点只是方法的一部分,但编译器依然必须以整个方法作为编译对象,只是执行入口(从方法第几条字节码指令开始执行)会稍有不同,编译时会传入执行入口点字节码序号。这种编译方式因为编译发生在方法执行的过程中,因此被很形象地称为“栈上替换”,即方法的栈帧还在栈上,方法就被替换了。

逃逸分析

逃逸分析的基本原理是:分析对象动态作用域,当一个对象在方法里面被定义后,它可能被外部方法所引用,例如作为调用参数传递到其他方法中,这种称为方法逃逸;甚至还有可能被外部线程访问到,譬如赋值给可以在其他线程中访问的实例变量,这种称为线程逃逸;从不逃逸、方法逃逸到线程逃逸,称为对象由低到高的不同逃逸程度。

如果能证明一个对象不会逃逸到方法或线程之外(换句话说是别的方法或线程无法通过任何途径访问到这个对象),或者逃逸程度比较低(只逃逸出方法而不会逃逸出线程),则可能为这个对象实例采取不同程度的优化。

栈上分配
在Java虚拟机中,Java堆上分配创建对象的内存空间几乎是Java程序员都知道的常识,Java堆中的对象对于各个线程都是共享和可见的,只要持有这个对象的引用,就可以访问到堆中存储的对象数据。

虚拟机的垃圾收集子系统会回收堆中不再使用的对象,但回收动作无论是标记筛选出可回收对象,还是回收和整理内存,都需要耗费大量资源。如果确定一个对象不会逃逸出线程之外,那让这个对象在栈上分配内存将会是一个很不错的主意,对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁。

在一般应用中,完全不会逃逸的局部对象和不会逃逸出线程的对象所占的比例是很大的,如果能使用栈上分配,那大量的对象就会随着方法的结束而自动销毁了,垃圾收集子系统的压力将会下降很多。栈上分配可以支持方法逃逸,但不能支持线程逃逸。

标量替换

若一个数据已经无法再分解成更小的数据来表示了,Java虚拟机中的原始数据类型(int、long等数值类型及reference类型等)都不能再进一步分解了,那么这些数据就可以被称为标量。相对的,如果一个数据可以继续分解,那它就被称为聚合量(Aggregate),Java中的对象就是典型的聚合量。如果把一个Java对象拆散,根据程序访问的情况,将其用到的成员变量恢复为原始类型来访问,这个过程就称为标量替换。

假如逃逸分析能够证明一个对象不会被方法外部访问,并且这个对象可以被拆散,那么程序真正执行的时候将可能不去创建这个对象,而改为直接创建它的若干个被这个方法使用的成员变量来代替。

同步消除

线程同步本身是一个相对耗时的过程,如果逃逸分析
能够确定一个变量不会逃逸出线程,无法被其他线程访问,那么这个变量的读写肯定就不会有竞争,
对这个变量实施的同步措施也就可以安全地消除掉。

摘抄:《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》-第十一章

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 194,088评论 5 459
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 81,715评论 2 371
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 141,361评论 0 319
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,099评论 1 263
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 60,987评论 4 355
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,063评论 1 272
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,486评论 3 381
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,175评论 0 253
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,440评论 1 290
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,518评论 2 309
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,305评论 1 326
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,190评论 3 312
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,550评论 3 298
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 28,880评论 0 17
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,152评论 1 250
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 41,451评论 2 341
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 40,637评论 2 335

推荐阅读更多精彩内容