在 HotSpot 里面,上述翻譯過程有兩種形式:
第一種是解釋執(zhí)行,即逐條將字節(jié)碼翻譯成機器碼并執(zhí)行;
第二種是即時編譯(Just-In-Time compilation,JIT),即將一個方法中包含的所有字節(jié)碼編譯成機器碼后再執(zhí)行。
前者的優(yōu)勢在于無需等待編譯,而后者的優(yōu)勢在于實際運行速度更快。HotSpot 默認采用混合模式,綜合了解釋執(zhí)行和即時編譯兩者的優(yōu)點。它會先解釋執(zhí)行字節(jié)碼,而后將其中反復執(zhí)行的熱點代碼,以方法為單位進行即時編譯。
HotSpot 采用了多種技術來提升啟動性能以及峰值性能,剛剛提到的即時編譯便是其中最重要的技術之一。
即時編譯建立在程序符合二八定律的假設上,也就是百分之二十的代碼占據了百分之八十的計算資源。
對于占據大部分的不常用的代碼,我們無需耗費時間將其編譯成機器碼,而是采取解釋執(zhí)行的方式運行;另一方面,對于僅占據小部分的熱點代碼,我們則可以將其編譯成機器碼,以達到理想的運行速度。
理論上講,即時編譯后的 Java 程序的執(zhí)行效率,是可能超過 C++ 程序的。這是因為與靜態(tài)編譯相比,即時編譯擁有程序的運行時信息,并且能夠根據這個信息做出相應的優(yōu)化。
舉個例子,我們知道虛方法是用來實現(xiàn)面向對象語言多態(tài)性的。對于一個虛方法調用,盡管它有很多個目標方法,但在實際運行過程中它可能只調用其中的一個。這個信息便可以被即時編譯器所利用,來規(guī)避虛方法調用的開銷,從而達到比靜態(tài)編譯的 C++ 程序更高的性能。
為了滿足不同用戶場景的需要,HotSpot 內置了多個即時編譯器:C1、C2 和 Graal。
Graal 是 Java 10 正式引入的實驗性即時編譯器,在專欄的第四部分我會詳細介紹,這里暫不做討論。之所以引入多個即時編譯器,是為了在編譯時間和生成代碼的執(zhí)行效率之間進行取舍。
C1 又叫做 Client 編譯器,面向的是對啟動性能有要求的客戶端 GUI 程序,采用的優(yōu)化手段相對簡單,因此編譯時間較短。
C2 又叫做 Server 編譯器,面向的是對峰值性能有要求的服務器端程序,采用的優(yōu)化手段相對復雜,因此編譯時間較長,但同時生成代碼的執(zhí)行效率較高。
從 Java 7 開始,HotSpot 默認采用分層編譯的方式:熱點方法首先會被 C1 編譯,而后熱點方法中的熱點會進一步被 C2 編譯。
為了不干擾應用的正常運行,HotSpot 的即時編譯是放在額外的編譯線程中進行的。HotSpot 會根據 CPU 的數(shù)量設置編譯線程的數(shù)目,并且按 1:2 的比例配置給 C1 及 C2 編譯器。
在計算資源充足的情況下,字節(jié)碼的解釋執(zhí)行和即時編譯可同時進行。編譯完成后的機器碼會在下次調用該方法時啟用,以替換原本的解釋執(zhí)行。
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