Java編譯器優(yōu)化方法簡介
你對(duì)Java編譯器優(yōu)化的概念和方法是否熟悉，這里和大家分享一下，Java應(yīng)用程序的編譯過程與靜態(tài)編譯語言(例如C或C++)不同。靜態(tài)編譯器直接把源代碼轉(zhuǎn)換成可以直接在目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行的機(jī)器代碼，不同的硬件平臺(tái)要求不同的編譯器。Java編譯器把Java源代碼轉(zhuǎn)換成可移植的JVM字節(jié)碼。
兩條編碼準(zhǔn)則與Java編譯器
我們?cè)趯懘a時(shí)，常常會(huì)提到兩條原則：
1、方法要盡量短，大方法要分解成小方法;
2、不要重復(fù)發(fā)明輪子。
我們?cè)趶?qiáng)調(diào)這兩個(gè)原則的時(shí)候，往往只關(guān)注的是代碼簡潔、易維護(hù)等方便我們?nèi)说囊蛩?，其?shí)這樣做還可以大大方便Java編譯器優(yōu)化代碼。
Java編譯器優(yōu)化簡介：
Java應(yīng)用程序的編譯過程與靜態(tài)編譯語言(例如C或C++)不同。靜態(tài)編譯器直接把源代碼轉(zhuǎn)換成可以直接在目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行的機(jī)器代碼，不同的硬件平臺(tái)要求不同的編譯器。Java編譯器把Java源代碼轉(zhuǎn)換成可移植的JVM字節(jié)碼。與靜態(tài)編譯器不同，Javac幾乎不做什么優(yōu)化，在靜態(tài)編譯語言中應(yīng)當(dāng)由編譯器進(jìn)行的優(yōu)化工作，在Java中是在程序執(zhí)行的時(shí)候，由運(yùn)行時(shí)執(zhí)行優(yōu)化。
即時(shí)編譯
對(duì)于證實(shí)概念的實(shí)現(xiàn)來說，解釋是合適的，但是早期的JVM由于太慢。下一代JVM使用即時(shí)(JIT)編譯器來提高執(zhí)行速度。按照嚴(yán)格的定義，基于JIT的虛擬機(jī)在執(zhí)行之前，把所有字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，但是以惰性方式來做這項(xiàng)工作：JIT只有在確定某個(gè)代碼路徑將要執(zhí)行的時(shí)候，才編譯這個(gè)代碼路徑(因此有了名稱“即時(shí)編譯”)。這個(gè)技術(shù)使程序能啟動(dòng)得更快，因?yàn)樵陂_始執(zhí)行之前，不需要冗長的編譯階段。
JIT技術(shù)看起來很有前途，但是它有一些不足。
JIT消除了解釋的負(fù)擔(dān)(以額外的啟動(dòng)成本為代價(jià))，但是由于若干原因，代碼的優(yōu)化等級(jí)仍然是一般般。為了避免Java應(yīng)用程序嚴(yán)重的啟動(dòng)延遲，JIT編譯器必須非常迅速，這意味著它無法把大量時(shí)間花在優(yōu)化上。所以，早期的JIT編譯器在進(jìn)行內(nèi)聯(lián)假設(shè)(inliningassumption)方面比較保守，因?yàn)樗鼈儾恢篮竺婵赡芤b入哪個(gè)類。
雖然從技術(shù)上講，基于JIT的虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼之前，要先編譯字節(jié)碼，但是JIT這個(gè)術(shù)語通常被用來表示任何把字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼的動(dòng)態(tài)編譯過程——即使那些能夠解釋字節(jié)碼的過程也算。
HotSpot動(dòng)態(tài)編譯
HotSpot執(zhí)行過程組合了編譯、性能分析以及動(dòng)態(tài)編譯。它沒有把所有要執(zhí)行的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，而是先以解釋器的方式運(yùn)行，只編譯“熱門”代碼——執(zhí)行得最頻繁的代碼。當(dāng)HotSpot執(zhí)行時(shí)，會(huì)搜集性能分析數(shù)據(jù)，用來決定哪個(gè)代碼段執(zhí)行得足夠頻繁，值得編譯。
只編譯執(zhí)行最頻繁的代碼有幾項(xiàng)性能優(yōu)勢：沒有把時(shí)間浪費(fèi)在編譯那些不經(jīng)常執(zhí)行的代碼上;這樣，編譯器就可以花更多時(shí)間來優(yōu)化熱門代碼路徑，因?yàn)樗涝谶@上面花的時(shí)間物有所值。而且，通過延遲編譯，編譯器可以訪問性能分析數(shù)據(jù)，并用這些數(shù)據(jù)來改進(jìn)優(yōu)化決策，例如是否需要內(nèi)聯(lián)某個(gè)方法調(diào)用。
為了讓事情變得更復(fù)雜，HotSpot提供了兩個(gè)Java編譯器：客戶機(jī)編譯器和服務(wù)器編譯器。默認(rèn)采用客戶機(jī)編譯器;在啟動(dòng)JVM時(shí)，您可以指定-server開關(guān)，選擇服務(wù)器編譯器。服務(wù)器編譯器針對(duì)***峰值操作速度進(jìn)行了優(yōu)化，適用于需要長期運(yùn)行的服務(wù)器應(yīng)用程序?？蛻魴C(jī)編譯器的優(yōu)化目標(biāo)，是減少應(yīng)用程序的啟動(dòng)時(shí)間和內(nèi)存消耗，優(yōu)化的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于服務(wù)器編譯器，因此需要的編譯時(shí)間也更少。
HotSpot服務(wù)器編譯器能夠執(zhí)行各種樣的類。它能夠執(zhí)行許多靜態(tài)編譯器中常見的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化，例如代碼提升(hoisting)、公共的子表達(dá)式清除、循環(huán)展開(unrolling)、范圍檢測清除、死代碼清除、數(shù)據(jù)流分析，還有各種在靜態(tài)編譯語言中不實(shí)用的優(yōu)化技術(shù)，例如虛方法調(diào)用的聚合內(nèi)聯(lián)。
持續(xù)重新編譯
HotSpot技術(shù)另一個(gè)有趣的方面是：編譯不是一個(gè)全有或者全無(all-or-nothing)的命題。在解釋代碼路徑一定次數(shù)之后，會(huì)把它重新編譯成機(jī)器碼。但是JVM會(huì)繼續(xù)進(jìn)行性能分析，而且如果認(rèn)為代碼路徑特別熱門，或者未來的性能分析數(shù)據(jù)認(rèn)為存在額外的優(yōu)化可能，那么還有可能用更高一級(jí)的優(yōu)化重新編譯代碼。JVM在一個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中，可能會(huì)把相同的字節(jié)碼重新編譯許多次。為了深入了解編譯器做了什么，可以-XX:+PrintCompilation標(biāo)志調(diào)用JVM，這個(gè)標(biāo)志會(huì)使編譯器(客戶機(jī)或服務(wù)器)每次運(yùn)行的時(shí)候打印一條短消息。
棧上(On-stack)替換
HotSpot開始的版本編譯的時(shí)候每次編譯一個(gè)方法。如果某個(gè)方法的累計(jì)執(zhí)行次數(shù)超過指定的循環(huán)迭代次數(shù)(在HotSpot的***版中，是10,000次)，那么這個(gè)方法就被當(dāng)作熱門方法，計(jì)算的方式是：為每個(gè)方法關(guān)聯(lián)一個(gè)計(jì)數(shù)器，每次執(zhí)行一個(gè)后向分支時(shí)，就會(huì)遞增計(jì)數(shù)器一次。但是，在方法編譯之后，方法調(diào)用并沒有切換到編譯的版本，需要退出并重新進(jìn)入方法，后續(xù)調(diào)用才會(huì)使用編譯的版本。
結(jié)果就是，在某些情況下，可能永遠(yuǎn)不會(huì)用到編譯的版本，例如對(duì)于計(jì)算密集型程序，在這類程序中所有的計(jì)算都是在方法的一次調(diào)用中完成的。重量級(jí)方法可能被編譯，但是編譯的代碼永遠(yuǎn)用不到。
HotSpot最近的版本采用了稱為棧上(on-stack)替換(OSR)的技術(shù)，支持在循環(huán)過程中間，從解釋執(zhí)行切換到編譯的代碼(或者從編譯代碼的一個(gè)版本切換到另一個(gè)版本)。
從Java編譯、執(zhí)行優(yōu)化的原理可以看出，編譯器會(huì)將“熱門代碼塊”、“熱門方法”持續(xù)優(yōu)化，以提高性能，再回顧我們常常強(qiáng)調(diào)的兩個(gè)原則：
1、盡量寫小方法。小方法意味著功能單一、重用性高，自然會(huì)被很多地方用到，容易變成“熱門方法”。
2、不重復(fù)發(fā)明輪子，盡量用已存在的輪子。大家共用一個(gè)“輪子”，自然就是“熱門”輪子，Java編譯器會(huì)知道這個(gè)輪子要好好優(yōu)化，讓他賺的更快。
希望對(duì)你有幫助。
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