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稍微进阶一些：Java编译器的机制

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2020年3月19日 上午11:01

注：这部分知识要联系编译原理的知识进行组合学习 目录（编译原理）

Java 虚拟机中的即时编译

  1. 分层编译的
    • 从 Java 8 开始，Java 虚拟机默认采用分层编译的方式。它将执行分为五个层次，分为为 0 层解释执行，1 层执行没有 profiling 的 C1 代码，2 层执行部分 profiling 的 C1 代码，3 层执行全部 profiling 的 C1 代码，和 4 层执行 C2 代码。
    • 通常情况下，方法会首先被解释执行，然后被 3 层的 C1 编译，最后被 4 层的 C2 编译。
  2. 计数器对即时编译的触发
    • 即时编译是由方法调用计数器和循环回边计数器触发的。在使用分层编译的情况下，触发编译的阈值是根据当前待编译的方法数目动态调整的。
  3. OSR
    • 实际上，除了以方法为单位的即时编译之外，Java 虚拟机还存在着另一种以循环为单位的即时编译，叫做 On-Stack-Replacement（OSR）编译。循环回边计数器便是用来触发这种类型的编译的。
    • OSR 实际上是一种技术，它指的是在程序执行过程中，动态地替换掉 Java 方法栈桢，从而使得程序能够在非方法入口处进行解释执行和编译后的代码之间的切换。
    • OSR 编译可以用来解决单次调用方法包含热循环的性能优化问题。

Java 虚拟机的 profiling 以及基于所收集的数据的优化和去优化。

  1. profile
    1. 分层编译中的 0 层、2 层和 3 层都会进行 profiling，收集能够反映程序执行状态的数据。其中，最为基础的便是方法的调用次数以及循环回边的执行次数。它们被用于触发即时编译
    2. 通常情况下，解释执行过程中仅收集方法的调用次数以及循环回边的执行次数。
    3. 当方法被 3 层 C1 所编译时，生成的 C1 代码将收集条件跳转指令的分支 profile，以及类型相关指令的类型 profile。在部分极端情况下，Java 虚拟机也会在解释执行过程中收集这些 profile。
  2. profile 的优化
    1. 基于分支 profile 的优化以及基于类型 profile 的优化都将对程序今后的执行作出假设。这些假设将精简所要编译的代码的控制流以及数据流。
    2. 在假设失败的情况下，Java 虚拟机将采取去优化，退回至解释执行并重新收集相关的 profile。