关于后端:深入浅出JVM七之执行引擎的解释执行与编译执行

本篇文章围绕执行引擎，深入浅出的解析执行引擎中解释器与编译器的解释执行和编译执行、执行引擎的执行形式、逃逸剖析带来的栈上调配、锁打消、标量替换等优化以及即时编译器编译对热点代码的探测

执行引擎

hotspot执行引擎结构图

执行引擎分为解释器、JIT即时编译器以及垃圾收集器

执行引擎通过解释器/即时编译器将字节码指令解释/编译为对应OS上的的机器指令

本篇文章次要围绕解释器与即时编译器，垃圾收集器将在后续文章解析

解释执行与编译执行

Java虚拟机执行引擎在执行Java代码时，会有两种抉择:解释执行和编译执行

解释执行：通过字节码解释器把字节码解析为机器语言执行

编译执行：通过即时编译器产生本地代码执行

Class文件中的代码到底是解释执行还是编译执行只有Java虚拟机本人能力判断精确

编译过程

编译流程在前一篇文章深入浅出JVM之前端编译过程与语法糖原理曾经阐明，在本篇文章中不再概述

经典编译原理: 1.对源码进行词法，语法分析解决 2.把源码转换为形象语法树

javac编译器实现了对源码进行词法，语法分析解决为形象语法树，再遍历形象语法树生成线性字节码指令流的过程

剩下的指令流有两种形式执行

由虚拟机外部的字节码解释器去将字节码指令进行逐行解释（解释执行）
或优化器（即时编译器）优化代码最初生成指标代码（编译执行）

执行引擎流程图

解释器与编译器

解释器

作用: 对字节码指令逐行解释

长处: 程序启动，解释器立刻解释执行

毛病: 低效

即时编译器 (just in time compiler)

Java中的"编译期"不确定

可能说的是执行javac指令时的前端编译器 (.java->.class)
也可能是后端编译器JIT (字节指令->机器指令)
还可能是AOT编译器(动态提前编译器) (.java->机器指令)

作用: 将办法编译成机器码缓存到办法区，每次调用该办法执行编译后的机器码

长处: 即时编译器把代码编译成本地机器码，执行效率高，高效

毛病: 程序启动时，须要先编译再执行

执行引擎执行形式

执行引擎执行形式大抵分为3种

-Xint: 齐全采纳解释器执行

-Xcomp: 优先采纳即时编译器执行，解释器是后备抉择

-Xmixed: 采纳解释器 + 即时编译器

hotspot中有两种JIT即时编译器

Client模式下的C1编译器：简略优化，耗时短（C1优化策略：办法内联，去虚拟化，冗余打消）

Server模式下的C2编译器：深度优化，耗时长 （C2次要是逃逸剖析的优化：标量替换，锁打消，栈上调配）

分层编译策略：程序解释执行（不开启逃逸剖析）能够触发C1编译，开启逃逸剖析能够触发C2编译

解释器，C1，C2编译器同时工作，热点代码可能被编译屡次

解释器在程序刚刚开始的时候解释执行，不须要承当监控的开销

C1有着更快的编译速度，能为C2编译优化争取更多工夫

C2用高复杂度算法，编译优化水平很高的代码

逃逸剖析带来的优化

当对象作用域只在某个办法时，不会被外界调用到，那么这个对象就不会产生逃逸

开启逃逸剖析后，会剖析对象是否产生逃逸，当不能产生逃逸时会进行栈上调配、锁打消、标量替换等优化

栈上分配内存

 //-Xms1G -Xmx1G -XX:+PrintGCDetails  public class StackMemory {     public static void main(String[] args) {         long start = System.currentTimeMillis();          for (int i = 0; i < 10000000; i++) {             memory();         }          System.out.println("破费工夫:"+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");          try {             TimeUnit.SECONDS.sleep(1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     }      private static void memory(){         StackMemory memory = new StackMemory();     } }

-XX:-DoEscapeAnalysis 破费工夫:63ms (未开启逃逸剖析)

-XX:+DoEscapeAnalysis 破费工夫:4ms (开启逃逸剖析)

默认开启逃逸剖析

锁打消

同步加锁会带来开销

锁打消：当加锁对象只作用某个办法时，JIT编译器借助逃逸剖析判断应用的锁对象是不是只能被一个线程拜访，如果是这种状况下就不须要同步，能够勾销这部分代码的同步，进步并发性能

标量替换

标量: 无奈再合成的数据 (根本数据类型)

聚合量: 还能够再合成的数据 (对象)

标量替换: JIT借助逃逸剖析，该对象不产生逃逸，只作用于某个办法会把该对象(聚合量)拆成若干个成员变量(标量)来代替

默认开启标量替换

 public class ScalarSubstitution {     static class Man{         int age;         int id;          public Man() {         }     }      public static void createInstance(){         Man man = new Man();         man.id = 123;         man.age = 321;     }     public static void main(String[] args) {         long start = System.currentTimeMillis();          for (int i = 0; i < 10000000; i++) {             createInstance();         }          System.out.println("破费工夫:"+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");          try {             TimeUnit.SECONDS.sleep(1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     } }

 //-Xmx200m -Xms200m -XX:+PrintGCDetails  //-XX:+DoEscapeAnalysis 设置开启逃逸剖析 //-XX:-EliminateAllocations 设置不开启标量替换  //开启逃逸剖析 + 敞开标量替换 : 破费工夫:93ms //开启逃逸剖析 + 开启标量替换  : 破费工夫:6ms

热点代码与热点探测

JIT编译器并不是编译所有的字节码，JIT编译器只编译热点代码

热点代码: 被屡次调用的办法或办法中屡次循环的循环体

栈上替换(OSR): JIT将办法中的热点代码编译为本地机器指令（被屡次执行的循环体）

编译对象都是办法，如果是栈上替换则"入口"在办法的循环体开始那里

热点探测性能决定了被调用多少次的办法能成为热点代码

hotspot采纳基于计数器的热点探测

办法调用计数器 : 统计办法调用次数
回边计数器 : 统计循环体执行循环次数

办法调用时先判断是否有执行编译后的机器码，有则间接应用办法区的Code cache中的机器码；没有机器码则判断计数器次数是否超过阈值，超过则触发编译，编译后机器码存储在办法区Code cache中应用；最初都没有就应用解释执行

总结

本篇文章将围绕执行引擎，深入浅出的解析执行引擎中的解释器、即时编译器各自执行的优缺点以及原理

执行引擎由解释器、即时编译器、垃圾收集器形成，默认状况下应用解释器与编译器的混合形式执行

即时编译器分为C1、C2编译器，其中C1编译快但优化小，C2开启逃逸剖析应用栈上调配、锁打消、标量替换进行优化，编译耗时然而优化大

即时编译器并不是所有代码都编译，而是应用办法技术和循环计数来将热点代码编译成机器码寄存在办法区的Code Cache中

在混合执行的模式下，解释器、C1、C2编译器同时工作，分层编译

最初（一键三连求求拉~）

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