编译器优化机制详解

编译器优化机制详解

1 字节码是如何执行的？

主要包含解释执行（由解释器一行一行翻译执行）和编译执行（将字节码编译成机器码，直接执行机器码）。

• 解释执行：优势在于没有编译的等待时间，性能相对编译执行差。
• 编译执行：运行效率高，比解释执行快一个数量级；会带来额外的开销(CPU，内存)

查看和切换运行模式

>java -version
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.221-b11, mixed mode) // 混合模式

C:\Users\lizho>java -Xint -version
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.221-b11, interpreted mode)

-Xint // 解释执行
-Xcomp // 编译模式，不能编译的解释执行
-Xmixed // 混合模式

通常一开始使用解释器解释执行。当虚拟机发现某个方法或者代码块执行频繁时，便判定这些代码为热点代码。为了提高这部分代码的执行效率，会采用即时编译器JIT，将热点代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行分层优化。

2 Hotspot即时编译

C1/C2编译器

C1编译器，是客户端编译器，简单快速，主要关注局部的优化。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，是服务端编译器，主要为长期运行的服务器端应用程序做性能调优，适用于执行时间较长或对峰值性能有要求的程序。

分层编译

Hotspot默认开启分层编译，分层编译分为5层。

0. 解释执行
1. 简单C1编译：会用C1编译器进行一些简单的优化，不开启 Profiling（JVM监控）。
2. 受限的C1编译:仅执行带方法调用次数以及循环回边执行次数Profiling的C1编译
3. 完全C1编译:会执行带有所有 Profiling的C1代码
4. C2编译∶使用C2编译器进行优化，该级别会启用一些编译耗时较长的优化，一些情况下会根据性能监控信息进行一些非常激进的性能优化

级别越高，应用启动越慢，优化的开销越高，峰值性能也越高。

# 只想开启C2层，只能做到禁用中间编译层（123层）
-XX:-TieredCompilation
# 只想开启C1层，生效0和1层
-XX:-TieredCompilation -XX:TieredStopAtLevel=1

3 JVM如何找到热点代码？

基于采样的热点探测。通过采样，不断探测栈顶，发现哪个方法执行次数多；

基于计数器的热点探测。统计方法的执行次数，由此判断热点方法。Hotspot使用计数器方法。

Hotspot内置两类计数器

方法调用计数器（ Invocation Counter）

用于统计方法被调用的次数，在不开启分层编译的情况下，在C1编译器下的默认阈值是1500次，在C2模式下是10000次。也可用-XX: CompileThreshold=X指定阈值。

方法调用计数器默认统计的是一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。如果超过时间限度，仍然不满足编译阈值，则计数器减少一半，这个过程称为计数器热度衰减，这段时间称为半衰周期。

-XX:-UseCounterDecay 关闭热度衰减，使计数器统计方法调用的绝对次数。只要时间够长，大多数方法都会编译成本地代码。
-XX:CounterHalfLifeTime 设置半衰周期s。

【注意】JVM按照两个计数器之和判断是否需要编译。

回边计数器（ Back Edge Counter）

用于统计—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）。在不开启分层编译的情况下，C1编译器下的默认阈值13995，C2默认为10700，可使用-XX:OnStackReplacePercentage=X指定阈值

建立回边计数器的主要目的是为了触发OSR（OnStackReplacement栈上替换）编译（介绍略）。回边计数器的流程图跟上图类似，不同的是向编译器发起OSR请求。

当开启了分层编译，JVM会根据当前带编译的方法数以及编译线程数动态调整阈值。上面的两个参数失效。

JVM参数小结