JVM-JIT

JVM

IT学习笔记

发布日期: 2024-09-09

文章字数: 1.7k

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解释执行：Java程序在运行的时候，主要就是执行字节码指令，一般这些指令会按照顺序解释执行，这种
就是解释执行
JIT （即时编译器 Just In Time Compiler）：那些被频繁调用的代码（热点代码）如果按照解释执行，效率非常低
- 为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化
- - C1编译器（几乎不会对代码进行优化）：是一个简单快速的编译器，主要的关注点在于局部性的优化，适用于执行时间较短或对启动性能有要求的程序
  - C2编译器：是为长期运行的服务器端应用程序做性能调优的编译器，适用于执行时间较长或对峰值性能有要求的程序
    - 但是C2代码已超级复杂，无人能维护！所以才会开发Java编写的Graal编译器取代C2 (JDK10开始)
  - 分层编译：综合了 C1 的启动性能优势和 C2 的峰值性能优势
    - 使用 “-Xint” 参数强制虚拟机运行于只有解释器的编译模式
    - 使用 “-Xcomp” 强制虚拟机运行于只有 JIT 的编译模式下
JVM 的执行状态分为了 5 个层次
- 第 0 层：程序解释执行，默认开启性能监控功能（Profiling），如果不开启，可触发第二层编译
- 第 1 层：可称为 C1 编译，将字节码编译为本地代码，进行简单、可靠的优化，不开启 Profiling
- 第 2 层：也称为 C1 编译，开启 Profiling，仅执行带方法调用次数和循环回边执行次数 profiling 的 C1 编译
- 第 3 层：也称为 C1 编译，执行所有带 Profiling 的 C1 编译
- 第 4 层：可称为 C2 编译，也是将字节码编译为本地代码，但是会启用一些编译耗时较长的优化，甚至会根据性能监控信息进行一些不可靠的激进优化
java -XX:+PrintFlagsFinal –version 查询JVM参数值
热点代码：那些被频繁调用的代码
- 这些再次编译后的机器码会被缓存起来，以备下次使用
- -XX:ReservedCodeCacheSize JIT 编译后的代码都会放在 CodeCache 里，如果这个空间不足，JIT 就无法继续编译，编译执行会变成解释执行，性能会降低一个数量级，同时，JIT 编译器会一直尝试去优化代码，从而造成了 CPU 占用上升
热点探测（基于计数器）：方法调用计数器（Invocation Counter）和回边计数器（Back Edge Counter）
- 为每个方法建立计数器统计方法的执行次数，如果执行次数超过一定的阈值就认为它是 “热点方法”
- 这两个计数器都有一个确定的阈值，当计数器超过阈值溢出了，就会触发 JIT 编译
- 方法调用计数器：用于统计方法被调用的次数，方法调用计数器的默认阈值在客户端模式下是 1500 次，在服务端模式下是 10000 次（java -verion 查询模式，用-XX:CompileThreshold指定次数）
- 回边计数器：在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边”（Back Edge）
  - 该值用于计算是否触发 C1 编译的阈值，在不开启分层编译的情况下，在服务端模式下是10700
  - 回边计数器阈值 =方法调用计数器阈值（CompileThreshold）×（OSR比率（OnStackReplacePercentage）-解释器监控比率（InterpreterProfilePercentage））/100
    - 回边计数器阈值 =10000 ×（140-33）=10700
    - 通过 -XX:CompileThreshold 来设置热点方法的阈值
编译优化技术：通过一些例行检查优化，可以智能地编译出运行时的最优性能代码
- 方法内联：把目标方法的代码复制到发起调用的方法之中，避免发生真实的方法调用，JVM 会自动识别热点方法，并对它们使用方法内联进行优化
  - 方法体太大了：JVM 将不执行内联操作
  - 经常执行的方法：方法体大小小于 325 字节的都会进行内联，通过 -XX:FreqInlineSize=N 来设置大小值
  - 不是经常执行的方法：方法大小小于 35 字节才会进行内联，通过 -XX:MaxInlineSize=N 来重置大小值
  - 可以通过以下几种方式来提高方法内联
    - 通过设置 JVM 参数来减小热点阈值或增加方法体阈值，但这种方法意味着需要占用更多地内存
    - 避免在一个方法中写大量代码，习惯使用小方法体
    - 尽量使用 final、private、static 关键字修饰方法，编码方法因为继承，会需要额外的类型检查
- 锁消除：-XX:+EliminateLocks
  - 在局部方法中创建的对象只能被当前线程访问，无法被其它线程访问，这个变量的读写肯定不会有竞争，这个时候 JIT 编译会对这个对象的方法锁进行锁消除
- 标量替换：前提是需要开启逃逸分析 -XX:+EliminateAllocations
  - 逃逸分析证明一个对象不会被外部访问，如果这个对象可以被拆分的话，当程序真正执行的时候可能不创建这个对象，而直接创建它的成员变量来代替
  - 将对象拆分后，可以分配对象的成员变量在栈或寄存器上，原本的对象就无需分配内存空间了
- 逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis 分析对象动态作用域，当一个对象在方法中定义后，它可能被外部方法引用
  - 从不逃逸到方法逃逸到线程逃逸，称之为对象由低到高的不同逃逸程度
  - 如果确定一个对象不会逃逸出线程之外，那么让对象在栈上分配内存可以提高JVM的效率
  - 必须要符合热点代码，JIT才会优化
  - 如果逃逸分析出来的对象可以在栈上分配，那么该对象的生命周期就跟随线程了，就不需要垃圾回收