JVM编译优化

news2025/3/12 19:38:00

即时编译器

HotSpot虚拟机中内置了两个即时编译器，分别称为Client Compiler和Server Compiler，或者简称为C1编译器和C2编译器。Java8默认开启Server模式。用户可以使用“-client”或“-server”参数去指定编译模式。

C1编译器启动速度快，关注局部简单可靠的优化，比如方法内联、常量传播等。C2编译器关注一些编译耗时较长的全局优化，甚至会根据性能监控（profiling）进行一些不可靠的激进优化。它的性能通常比 C1编译器高30%以上，适用于长时间运行的后台程序。
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C1和 C2编译器是由C++写成，目前还有用Java 编写的即时编译器Graal。

Java 7 引入了分层编译的概念，综合了C1的启动性能优势和 C2 的峰值性能优势。分层编译主要分为如下层级：

1）解释执行。

2）执行C1代码，根据运行情况进行profiling。

3）执行C2代码，根据profiling进行激进优化。

profiling 是指在程序执行过程中，收集能够反映程序执行状态的数据。profiling越多，其额外的性能开销越大。其中最基本的统计数据是方法的调用次数以及循环回边的执行次数，用于判断热点代码，并触发即时编译。计数默认阈值在Client模式下是1500次，在Server模式下是10000次。
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方法调用计数器

方法调用计数器（Invocation Counter），顾名思义，这个计数器就是用于统计方法被调用的次数。需注意该计数器统计的非绝对次数，而是一个相对的执行频率。当超过一定的时间限度，如果方法的调用次数仍不足以触发即时编译，那这个方法的调用计数会被减少一半，这个过程称为热度的衰减 (Counter Decay)，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期 (Counter Half Life Time)。

// 假设input这个Http接口单位时间内调用doSomething方法一万次以上
@RequestMapping(value = "/input")
CommonResponse input(@RequestBody InputRequest request){
   
    // 将doSomething进行方法内联编译优化
    return CommonResponse.ok(doSomething(request));
}

 void doSomething() {
   
   // 将当前代码编译成本地机器码
    ......
}

循环回边计数器

void loop() {
   
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
   
        sum += i;
    }
}

上面这段代码经过编译生成下面的字节码：

  public void loop();
    Code:
       0: iconst_0
       1: istore_1
       2: iconst_0
       3: istore_2
       4: iload_2
       5: bipush        10
       7: if_icmpge     20
      10: iload_1
      11: iload_2
      12: iadd
      13: istore_1
      14: iinc          2, 1
      17: goto          4
      20: return

在上述字节码中，循环回边计数器被存储在第7行的if_icmpge指令中。if_icmpge指令用于接收两个操作数用于比较计算，以决定循环体跳转的位置。在解释执行时，每当运行一次该指令，该方法的循环回边计数器加1。

循环回边计数器（Loop BackEdge Counter）触发的优化技术叫作栈上替换（On Stack Replacement ， OSR）。假设有一个方法只被调用一次，但却包含超过一万次以上循环迭代次数，这个循环方法无法以方法调用计数来统计。而栈上替换技术解决了这个问题。当编译器检测到一个循环已经迭代足够次数，它会将循环中的代码动态编译成机器代码，并在适当的时机进行切换。

void largeLoop() {
   
    // 假设largeLoop是一个只被调用一次，但包含100百万次循环迭代
    // 1）循环回边计数器通过迭代计数统计，触发即时编译
    // 2）将循环中的代码编译成本地机器码
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
   
        ......
    }
}