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# 执行引擎

  • 执行引擎是 Java 虚拟机核心的组成部分之一
  • "虚拟机" 是一个相对于 "物理机" 的概念，这两种机器都有执行代码的能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器，缓存，指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约的指定指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令格式

# 什么是解释器，什么是 JIT 编译器

  • 解释器：当 Java 虚拟机启动时会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，将每条字节码文件中的内容 "翻译" 为对应平台的本地机器指令执行
  • JIT (Just In Time Compiler) 编译器：就是虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言

# JIT 编译器

  • Java 语言的 "编译器" 其实是一段 "不确定" 的操作过程，因为它可能是指一个前端编译器 (其实叫 "编译器的前端" 更准确) 把.java 文件转变为.class 文件的过程
  • 也可能是指虚拟机的后端运行期编译器 (JIT 编译器) 把字节码转变为机器码的过程
  • 还可能是指使用静态提前编译器 (AOT 编译器，Ahead of Time Compiler) 直接把.java 文件编译成本地机器代码的过程

# 热点代码及探测方式

  • 一个被多次调用的方法，或者是一个方法体内部循环次数较多的循环体都可以称之为 "热点代码", 因此都可以通过 JIT 编译器编译为机器指令。由于这种编译方式发生在方法的执行过程中，因此也被称之为 "栈上替换"OSR (On Stack Replacement) 编译
  • 一个方法究竟要被调用多少次，或者一个循环体究竟需要执行多少次循环才可以达到这个标准，必然需要一个明确的阈值，JIT 编译器才会将这些 "热点代码" 编译为本地机器指令执行。这里主要依靠热点探测功能
  • 目前 HotSpot VM 所采用的热点探测方式是基于计数器的热点探测
  • 采用基于计数器的热点探测，HostSpot VM 将会为每个方法都建立两个不同类型的计数器，分别为方法调用计数器 (Invocation Counter) 和回边计数器 (Back Edge Counter)
    • 方法调用计数器用于统计方法的调用次数
    • 回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数

# 方法调用计数器

  • 这个计数器就用于统计方法被调用的次数，它的默认阈值在 Client 模式下是 1500 次，在 Server 模式下是 10000 次，超过这个阈值，就会触发 JIT 编译
  • 这个阈值可以通过虚拟机参数 - XX: CompileThreshold 来人为设定
  • 当一个方法被调用时，会先检查该方法是否存在 JIT 编译后的版本，如果存在，则邮箱使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已编译过的版本，则将此方法的调用计数器值加 1, 然后判断方法调用计数器与回边计数器之和是否超过方法调用计数器的阈值，如果已超过阈，那么将会想即时编译器提交一个该方法的代码编译请求

# 热度衰减

  • 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 执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。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，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程被称为方法调用计数器热度的衰减，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期
  • 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: -UseCounterDecay 来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数，这样只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码
  • 另外，可以使用 - XX : CounterHalfLifeTime 参数设置半衰周期，单位是秒

# HotSpot VM 设置程序执行方式

默认情况下 HotSpot VM 是采用解释器与即时编译并存的架构，开发人员可以根据具体的应用场景，通过命令显式地为 Java 虚拟机指定在运行时到底是完全采用解释器执行，还是完全采用即时编译执行

  • -Xint: 完全采用解释器模式执行程序
  • -Xcomp: 完全采用即时编译器模式执行程序
  • -Xmixed: 采用解释器 + 即时编译器的混合模式共同执行程序

# HotSpot VM 中 JIT 分类

在 HotSpot VM 中内嵌两个 JIT 编译器，分别是 Client Compiler 和 Server Compiler, 但大多数情况下我们简称为 C1 编译器和 C2 编译器。可以通过命令显式指定 Java 虚拟机在运行时到底使用哪一种即时编译器

  • -client: 指定 Java 虚拟机运行在 Client 模式下，并使用 C1 编译器；
    • C1 编译器会对字节码进行简单和可靠的优化，耗时短。以达到更快的编译速度
  • -server: 指定 Java 虚拟机运行在 Server 模式下，并使用 C2 编译器；
    • C2 进行耗时较长的优化，以及激进优化。但优化的代码执行效率更高

# C1 和 C2 编译器不同的优化策略

  • 在不同的编译器上有不同的优化策略，C1 编译器上主要有方法内联，去虚拟化，冗余消除
    • 方法内联：将引用的函数代码编译到引用点处，这样可以减少栈帧的生成，减少参数传递以及跳转过程
    • 去虚拟化：对唯一的实现类进行内联
    • 冗余消除：在运行期间把一些不会执行的代码折叠掉
  • C2 的优化主要是在全局层面，逃逸分析是优化的基础。基于逃逸分析在 C2 上有如下几种优化 :
    • 标量替换：用标量值代替聚合对象的属性值
    • 栈上分配：对于未逃逸的对象分配在栈而不是堆
    • 同步消除：清除同步操作，通常指 synchronized
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