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Java主要是解释执行还是编译执行?请说明理由
Java既是解释执行的,也是编译执行的,它采用了一种折中的方式。
首先,Java源代码(
.java
文件)会被Java编译器编译成字节码文件(.class
文件)。
- 这个过程是编译过程。
然后,当我们运行Java程序时,Java虚拟机(JVM)会通过类加载器(
ClassLoader
)加载这个字节码文件。
- 加载后,Java虚拟机内置的解释器会解释执行这个字节码。
但是,为了提高执行效率,Java虚拟机还会使用即时编译器(
JIT,Just-In-Time Compiler
)
- 把经常执行的字节码片段(热点代码)编译成与特定硬件平台相关的机器码来执行,这个过程叫做即时编译。
所以,我们可以说Java既是解释执行的,也是编译执行的。
JIT(即时编译)是什么?
JIT是
Just-In-Time
的缩写,翻译为即时编译器。
- 它是一种用于提升程序运行速度的编译方式
- 广泛应用于Java虚拟机(JVM)以及一些JavaScript引擎中。
在Java中,源代码首先被编译成字节码,字节码在运行时可以被JVM解释执行
- 这种方式可以保证Java程序的跨平台性。
但是每次运行时都解释字节码,效率相对较低。为了提高执行速度,JVM采用了JIT技术。
JIT编译器会在运行时将字节码编译成特定硬件平台的机器码,这样可以直接由CPU执行,大大提高了执行效率。
- 并且,JIT编译器通常会采用一些优化策略
- 例如内联(
inlining
),循环展开(loop unrolling
)等,以进一步提高执行速度。另外,JIT编译器并不是一开始就把所有字节码都编译成机器码,而是采用一种称为热点探测的技术
- 只编译那些被频繁执行的代码(即热点代码)。
这样可以使编译工作集中在对程序性能影响最大的部分,进一步提高了整体的执行效率。
什么是指令重排序?
指令重排序是计算机科学中的一种优化技术,主要用于提高处理器的性能。
在执行程序时,处理器可能会改变指令的执行顺序,这就是所谓的指令重排序。
举个例子,假设我们有以下三条指令:
A:读取数据X
B:执行某种运算
C:写入数据Y
在原始的顺序中,这三条指令是按照
A->B->C
的顺序执行的。但是如果B指令的运算并不依赖于A指令读取的数据,那么处理器就可以先执行B指令,再执行A指令
- 也就是说重排序后的执行顺序是
B->A->C
。这种重排序可以有效地利用处理器资源,避免处理器在等待某些操作(例如内存读取)完成时处于闲置状态
- 从而提高处理器的运行效率。
然而,指令重排序也可能导致一些问题。
例如,在多线程环境中,如果两个线程都在访问和修改同一块内存,那么指令重排序可能会导致数据不一致的问题。
- 因此,为了保证正确性,我们需要使用一些同步机制(例如Java中的
volatile
关键字)来防止指令重排序。
指令重排序有哪些类型?解释一下过程?
指令重排序主要分为以下三种类型:
编译器优化的重排序:
编译器在不改变单线程程序语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。
指令级并行的重排序:
- 现代多核处理器采用了指令级并行技术(
Instruction-Level Parallelism,简称ILP
)来提升性能- 处理器会对输入的指令进行动态重排序,然后把多条指令并行(或者说同时)输出执行。
内存系统的重排序:
- 由于处理器使用缓存和读/写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。
指令重排序的过程大致如下:
首先,源代码在编译的过程中,编译器可能会进行优化,改变程序中语句的执行顺序。
然后,编译后的代码在执行的过程中,如果处理器采用了指令级并行技术
- 那么处理器可能会对指令进行动态重排序,同时执行多条指令。
最后,由于处理器使用了缓存和读/写缓冲区,实际的内存读/写操作的顺序可能会与原始的程序顺序不同。
需要注意的是,虽然指令重排序可以提高处理器的执行效率
- 但在多线程环境下,如果没有适当的同步措施,可能会导致程序行为的不确定性。
- 因此,Java内存模型规定了一些
happens-before
规则,用来约束指令的重排序
- 以保证多线程环境下的程序正确性。
如何阻止指令重排序?给出方法
在多线程环境中,指令重排序可能会导致一些不可预见的问题
- 因此我们需要使用一些同步机制来避免指令重排序。
在Java中,
volatile
关键字可以用来防止指令重排序。当一个变量被声明为
volatile
时,Java内存模型将确保所有对该变量的读/写操作都不会被重排序。
- 这是因为
volatile
关键字为变量的读/写操作添加了内存屏障,这些内存屏障可以防止指令重排序。
Synchronized关键字如何防止指令重排序?其实现机制是什么?
synchronized
可以保证有序性,但是无法防止指令重排
- 如果要防止指令重排,得使用
volatile
关键字。