JVM性能调优之二即时编译器JIT

迈不过友情╰ 2023-06-11 11:22 62阅读 0赞

java分前端编译和运行时编译。

其中java文件被编译成class文件的过程，我们称之为前端编译。

class文件的字节码被编译成机器码的过程，我们称之为运行时编译。运行时编译是通过解释器和JIT实现的。

## **一、什么是即时编译JIT** ##

虚拟机中字节码是由解释器完成编译的，当虚拟机发现某个方法或者代码块的运行特别频繁的时候，就会把这些代码认为是“热点代码”，为了提高执行效率，在运行时，即时编译器会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各层次优化，然后保存在内存中。

## **二、即时编译器的类型** ##

在jdk7之前，HotSpot虚拟机中包括两个JIT：C1编辑器和C2编辑器。jdk7开始引入了分层编译器。

C1 编译器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，例如，GUI 应用对界面启动速度就有一定要求。  
      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。根据各自的适配性，这两种即时编译也被称为 Client Compiler 和 Server Compiler。

## **三、JIT是如何确定热点代码的** ##

虚拟机为每个方法准备了两个计数器：方法计数器和回边计数器。在确定虚拟机运行参数的前提下，这两个计数器都一个确定的阈值，当计数器超过阈值，就会触发即时编译。

**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 C1 模式下是 1500 次，在 C2 模式在是 10000 次，可通过 -XX: CompileThreshold 来设定；而在分层编译的情况下，-XX: CompileThreshold 指定的阈值将失效，此时将会根据当前待编译的方法数以及编译线程数来动态调整。当方法计数器和回边计数器之和超过方法计数器阈值时，就会触发 JIT 编译器。  
       **回边计数器**：用于统计一个方法中循环体代码执行的次数，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，C1 默认为 13995，C2 默认为 10700，可通过 -XX: OnStackReplacePercentage=N 来设置；而在分层编译的情况下，-XX: OnStackReplacePercentage 指定的阈值同样会失效，此时将根据当前待编译的方法数以及编译线程数来动态调整。

## **四、即时编译JIT优化** ##

**1、方法内联**

调用一个方法通常要经历压栈和出栈。调用方法是将程序执行顺序转移到存储该方法的内存地址，将方法的内容执行完后，再返回到执行该方法前的位置。  
        这种执行操作要求在执行前保护现场并记忆执行的地址，执行后要恢复现场，并按原来保存的地址继续执行。 因此，方法调用会产生一定的时间和空间方面的开销。  
         那么对于那些方法体代码不是很大，又频繁调用的方法来说，这个时间和空间的消耗会很大。**方法内联的优化行为就是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。 我们可以通过 -XX:CompileThreshold 来设置热点方法的阈值。但要强调一点，热点方法不一定会被 JVM 做内联优化，如果这个方法体太大了，JVM 将不执行内联操作。而方法体的大小阈值，我们也可以通过参数设置来优化：  
        **经常执行的方法，默认情况下，方法体大小小于 325 字节的都会进行内联，我们可以通过 -XX:MaxFreqInlineSize=N 来设置大小值；  
       不是经常执行的方法，默认情况下，方法大小小于 35 字节才会进行内联，我们也可以通过 -XX:MaxInlineSize=N 来重置大小值**。

**热点方法的优化可以有效提高系统性能，一般我们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，以便更多的方法可以进行内联，但这种方法意味着需要占用更多地内存；  
           在编程中，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**。

**2、逃逸分析**

逃逸分析（Escape Analysis）是判断一个对象是否被外部方法引用或外部线程访问的分析技术，编译器会根据逃逸分析的结果对代码进行优化。  
    ** 栈上分配**  
       我们知道，在 Java 中默认创建一个对象是在堆中分配内存的，而当堆内存中的对象不再使用时，则需要通过垃圾回收机制回收，这个过程相对分配在栈中的对象的创建和销毁来说，更消耗时间和性能。**这个时候，逃逸分析如果发现一个对象只在方法中使用，就会将对象分配在栈上**。

**  标量替换**

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。这种编译优化就叫做标量替换。