java编译期、运行期

绝地灬酷狼 2021-06-22 15:36 594阅读 0赞

Java程序从源文件创建到程序运行要经过两大步骤：

1.  编译期：也叫前期，即源文件由编译器编译成字节码（ByteCode）
2.  运行期：也叫后期，即字节码由java虚拟机解释运行。

因为java程序在后期运行时除了经过JVM的解释运行，还存在一种JIT运行，所以说Java被称为半解释语言（ "semi-interpreted" language）。

## 一、编译期 ##

编译期是指把源码交给编译器编译成计算机可以执行的文件的过程。

在Java中也就是把Java代码编成class文件的过程。编译期只是做了一些翻译功能，并没有把代码放在内存中运行起来，而只是把代码当成文本进行操作，比如：词法、语法分析，解语法糖、字节码生成等。

**1、内存分配：**

*  编译期分配内存：并不是说在编译期就把程序所需要的空间在内存中分配好，而是说在编译期生成的代码中产生一些指令，在运行代码时通过这些指令把程序所需的内存分配好。只不过在编译期的时候就知道分配的大小，并且知道这些内存的位置。
 *  运行期分配内存：是指只有在运行期才确定内存的大小，存放的位置。

说明：在java中内存的分配是在运行期的，这也是为什么我们把jvm的内存模型称作运行时数据区（五大部分）。

**2、对比静态编译：**

在java中编译阶段只是生成了字节码，没有生成计算机认识的机器码。java在运行阶段才开始解释字节码，然后生成对应的机器码；或者通过JIT技术，在运行阶段将字节码编译成对应的机器码缓存起来使用。所以，java称为一种动态编译。

C++使用的是静态编译，即在编译过程就生成了对应的机器码。

1）相比静态编译，java的动态编译有一些劣势：

*  JIT虽然可以极大提高性能，但是他实在运行时进行的优化，会占用用户程序运行资源；
 *  java是动态的类型安全语言，意味着JVM需要频繁的进行类型检查；
 *  java绝大部分方法是动态绑定的，意味着JIT在进行一些优化时（如方法内联）的难度要远大于C++的静态编译；
 *  java是动态扩展语言，意味着运行时加载的类可能改变程序类型的继承关系，这使得编译期很多全局优化难于C++的静态编译；
 *  java对象的内存分配绝大部分在堆上，而C++的对象既可以分配在栈上，也可以分配在堆上（需要手动回收），所以在内存回收时java性能要差一些

2）java动态编译优势：

*  java语言的一些性能劣势是为了换取开发效率上的优势，如：动态类型安全、动态扩展、垃圾回收。
 *  由于C++是静态编译，以运行期性能监控为基础的优化措施都不能做：频率预测、分支预测、裁剪未被选择的分支等；而这些java都是可以做的。

**3、动态/静态语言、动态/静态类型语言、强/弱类型语言：**

1）动态、静态语言：

动态语言是指运行期间可以改变其结构的语言：例如增加或者删除函数、对象、甚至代码。例如：JavaScript、Ruby、Python都是动态语言。java、C++属于静态语言。

动态语言举例：（javascript）

function Person(name, age, job)
    {
      this.name = name;
      this.age = age;
      this.job = job
      this.hello = function(name){
        alert("Hello, " + name);
    };
    
    person = new Person("Eric", 28, 'worker');
    alert(person.name + '' + person.age + '');
    person.hello("Alice");
    //为对象添加方法
    person.work = function(){
      alert('I am working');
    }
    person.work();
    
    //删除方法
    delete person.work;
    person.work();

2）动态、静态类型语言：

*  动态类型语言是指类型的检查是在运行时做的。在写代码时不用给变量指定数据类型，第一次赋值给变量时，在内部将数据类型记录下来。例如：JavaScript、Ruby、Python是典型的动态类型语言。
 *  静态类型语言的数据类型检查发生在在编译阶段，也就是说在写程序时要声明变量的数据类型。C/C++、C\#、Java都是静态类型语言的典型代表。

动态类型语言举例：（python）

def sum(a, b):
    
        return a + b;
    
    print sum(1,2);
    print sum("Hello ", "Word")

3）强、弱类型语言：

*  强类型语言：强制数据类型定义的语言。没有强制类型转化前，不允许两种不同类型的变量相互操作，强类型定义语言是类型安全的语言。如Java属于强类型。例如Java中“int i = 0.0;”是无法通过编译的；
 *  弱类型语言：数据类型可以被忽略的语言。一个变量可以赋不同数据类型的值，允许将一块内存看做多种类型，比如直接将整型变量与字符变量相加。如C++、php属于弱类型。

注：强类型语言在性能上略逊色于弱类型语言，但可读性上要高于弱类型的。

4）为什么说java是一种准动态的语言？

根据上面的定义我们可以知道，java是一种静态语言，而且是静态类型的语言（强类型）。但是在java中引入很多动态的特性：

*  反射机制
 *  动态编译
 *  动态执行javascript代码
 *  动态字节码操作
 *  动态转换类型

## 二、运行期 ##

**1、java类运行的过程大概可分为两个过程：**

*  类的加载：链接、初始化（分配内存、创建对象）等；
 *  类的执行：解释执行（将字节码翻译成机器码），或者通过JTI（编译成机器码）；

需要说明的是：JVM主要在程序第一次主动使用类的时候，才会去加载该类。也就是说，JVM并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中，而是到不得不用的时候才把它加载进来，而且只加载一次。

说明：在运行期，会涉及到前面讲得所有知识点：

*  类加载；
 *  JVM内存模型；
 *  对象创建、访问、布局；
 *  GC；

**2、绑定：**

1）定义：

绑定指的是把一个方法的调用与方法所在的类(方法主体)关联起来(这个方法被哪个类调用)。对Java来说，分为静态绑定和动态绑定。

*  静态调用：也叫前期绑定。在程序执行前方法已经被绑定，也就是在编译期方法明确知道被哪个类调用。java当中的方法只有final、static、private和构造方法是前期绑定的。
 *  动态调用：也叫后期绑定。在运行时根据具体对象的类型进行绑定(只有运行时才知道方法被哪个类调用)。在java中，几乎所有的方法都是后期绑定的。

注：动态调用（后期绑定）是多态的一种方式。

2）对比C++：

在C++中默认的方法调用都是静态调用，只有方法被使用virutal关键字声明后（变成了虚函数），才具有动态调用（后期绑定）的特性。

**3、方法内联：**

1）定义：

简单通俗的讲就是把方法内部调用的其它方法的逻辑，嵌入到自身的方法中去，变成自身的一部分，之后不再调用该方法，从而节省调用函数带来的额外开支。

之所以出现方法内联是因为函数调用除了执行自身逻辑的开销外，还有一些不为人知的额外开销。这部分额外的开销主要来自方法栈帧的生成、参数字段的压入、栈帧的弹出、还有指令执行地址的跳转。

2）条件：

一个方法如果满足以下条件就很可能被jvm内联。

1.  热点代码：如果一个方法的执行频率很高就表示优化的潜在价值就越大。那代码执行多少次才能确定为热点代码？这是根据编译器的编译模式来决定的。如果是客户端编译模式则次数是1500，服务端编译模式是10000。次数的大小可以通过-XX:CompileThreshold来调整。
2.  方法体不能太大：jvm中被内联的方法会编译成机器码放在code cache中。如果方法体太大，则能缓存热点方法就少，反而会影响性能。
3.  如果希望方法被内联，尽量用private、static、final修饰，这样jvm可以直接内联。如果是public、protected修饰方法jvm则需要进行类型判断，因为这些方法可以被子类继承和覆盖，jvm需要判断内联究竟内联是父类还是其中某个子类的方法。

所以了解jvm方法内联机制之后，会有助于我们工作中写出能让jvm更容易优化的代码，有助于提升程序的性能。

3）对比C++：

在java中，内联是靠运行时JVM自动进行判断、优化的。

在C++中需要开发人员主动告诉编译器哪些类成员函数需要内联，然后在编译的时候进行优化的。C++有两种方式定义内联函数：

*  当在类的定义体外时，在该成员函数的定义前面加"inline"关键字；
 *  当在类的定义体内且声明该成员函数时，同时提供该成员函数的实现体（不需要关键字inline）；

**3、JIT以及一些优化手段（逃逸分析）：**

略。