晚期（运行期）优化

Wu Jun 2019-12-31 11:43:49

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1 HotSpot 虚拟机内的即时编译器

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，完成这个任务的编译器称为即时编译器（JIT）；
JIT 不是虚拟机必需的，但是其编译性能的好坏、代码优化程度的高低却是衡量一款商用虚拟机优秀与否的最关键的指标之一，它也是虚拟机中最核心且最能体现虚拟机技术水平的部分；

1.1 解释器与编译器

当程序需要迅速启动和执行的时候，解释器可以先发挥作用，省去编译的时间立即执行；在程序运行后，随着时间的推移，编译器把越来越多的代码编译成本地代码提升执行效率

1）运行模式

HotSpot虚拟机中内置了两个即时编译器，分别为Client Compiler和Server Compiler，或简称为C1编译器和C2编译器；虚拟机会根据自身版本与宿主机器的硬件性能自动选择运行模式，也可以使用“-client”或“-server”参数去强制指定运行模式；

2）分层编译

想要编译出优化程度更高的代码，解释器可能还要替编译器收集性能监控信息，为了在程序启动响应速度与运行效率之间达到最佳平衡，HotSpot 虚拟机还会逐渐启动分层编译的策略：第 0 层，程序解释运行；第 1 层，C1 编译；第 2 层，C2 编译；

实施分层编译后，Client Compiler 和 Server Compiler 将会同时工作，许多代码都可能会被多次编译，用 Client Compiler 获取更高的编译速度，用 Server Compiler 来获取更好的编译质量，在解释执行的时候也无须再承担性能收集监控信息的任务；

1.2 编译对象与触发条件

1）热点代码

被 JIT 编译的热点代码有两类：被多次调用的方法、被多次执行的循环体；

对于前者编译器会以整个方法作为编译对象，属于标准的 JIT 编译方式；
对于后者尽管编译动作是由循环体所触发的，但编译器依然会以整个方法作为编译对象，这种编译方式称之为栈上替换（OSR 编译）；

2）热点探测

基于采样的热点探测和基于计数器的热点探测，在 HotSpot 虚拟机中使用的是第二种，通过方法计数器和回边计数器进行热点探测。

方法调用计数器触发的即时编译交互过程如下图所示：

1.3 编译过程

1）Client Compiler

对于 Client Compiler 来说，它是一个简单快速的三段式编译器，主要的关注点在于局部性的优化，而放弃了很多耗时较长的全局优化手段；

第一阶段一个平台独立的前端将字节码构造成一个高级中间代码表示（HIR）
第二阶段一个平台相关的后端从HIR中产生低级中间代码表示（LIR）
最后阶段是在平台相关的后端使用线性扫描算法在 LIR 上分配寄存器，并在 LIR 上做窥孔优化，然后产生机器代码。

其大致过程如下所示：

2）Server Compiler

Server Compiler 是专门面向服务端的典型应用并为服务端的性能配置特别调整过的编译器，也是一个充分优化过的高级编译器，几乎能达到 GNU C++ 编译器使用 -02 参数时的优化强大，它会执行所有经典的优化动作，如无用代码消除、循环展开、循环表达式外提、消除公共子表达式、常量传播、基本块重排序等，还会实现如范围检查消除、空值检查消除等 Java 语言特性密切相关的优化技术；