14 HotSpot虚拟机将字节码编译为机器码的过程

特别说明：

1 广义理解：解释执行与编译执行

阅读原文2天，我仍然没理解什么是解释执行，跟编译执行有什么不同。我尝试从书籍原文和行业规范等方向去查找资料，可是效果不佳。无奈，只能找一篇看起来还算正规的文章，以不思考通篇接受的方式，来帮助自己理解解释执行。这小节内容整理自：3分钟搞懂什么是编译执行和解释执行

HotSpot执行字节码三种方式：
1. 解释执行：解释器逐条执行字节码指令，或者轻度优化字节码后再执行
2. 编译执行：即时编译器先对字节码指令流深度优化，编译成机器码后再执行。
3. 混合模式：解释器和编译器协同执行
解释器和编译器如何协同工作：
1. 程序启动时，先启用解释器，省去编译的时间，立即运行。
2. 程序启动后，启用编译器，把越来越多的代码编译成本地代码，这就减少解释器的中间损耗，获得更高的执行效率。
3. 如果编译器优化失败，还能退回解释器执行【这叫逆优化】
协同目的：

兼顾程序响应时间与执行性能，而且无须等待本地代码输出才能执行程序，即时编译的时间压力也相对减小，这样有助于引入更复杂的代码优化技术，输出质量更高的本地代码。

内置了三个即时编译器：
1. 2个传统的：客户端编译器（C1）、服务端编译器（C2），
2. 1个JDK10出现的：Graal编译器（长期目标是代替C2）
解释器搭配一个编译器来工作：
1. 默认：HotSpot根据自身版本与宿主机的硬件性能自动选择编译器
2. 指定：使用 -client 或 -server参数来指定编译器
目的：因为不同的编译器，优化的深度不一样，用户可以根据程序特点来选择

HotSpot工作模式：
1. 默认采用混合模式
2. 用 -Xint强制使用解释模式：编译器不工作，全部指令都使用解释方式执行
3. 用 -Xcomp强制使用编译模式，优先采用编译方式执行程序，但是解释器仍然要在编译无法进行的情况下介入执行过程
4. 不同参数运行结果：
引入分层编译原因：
1. 即时编译器越优化，耗时越长
2. 编译器优化时，解释器要替编译器收集性能监控信息，反倒影响解释执行阶段的速度
3. 兼顾程序启动响应速度与运行效率之间达到最佳平衡，引入分层编译
分层编译层次：
- 第0层。纯解释执行，且解释器不开启性能监控功能
- 第1层。C1将字节码编译为本地代码来运行，进行简单、可靠优化，不开启性能监控。
- 第2层。C1执行，仅开启方法及回边次数统计等有限的性能监控功能
- 第3层。C1执行，开启全部性能监控，除了第2层的统计信息外，增加收集分支跳转、虚方法调用版本等统计信息。
- 第4层。C2将字节码编译为本地代码，对比C1，C2会启用更多编译耗时更长的优化，并根据性能监控信息进行一些不可靠的激进优化

即时编译器编译的目标是热点代码：（以方法为单位）
- 被多次调用的方法
- 被多次执行的循环体
客户端编译器的三段式编译过程：
服务端编译器的编译过程：
1. 比客户端模式进行更深入的优化：无用代码消除、循环展开、循环表达式外提、消除公共子表达式、常量传播、范围检查消除、空值检查消除；不稳定的预测性激进优化：守护内联、分支频率预测
2. 采用全局图着色寄存器分配器
3. 它更慢，但是输出代码的质量更高
即时编译目的
1. 将字节码翻译为机器码【基本、简单的需求】
2. 代码优化【核心、关键的需求】

算了吧，太复杂。

回归主题，HotSpot虚拟机将字节码编译为机器码过程，如下图所示：

字节码转机器码补充说明：

综上，编译过程总结过：原始字节码-->HotSpot优化字节码-->优化后的字节码翻译成机器码-->以编译执行方式运行程序。

posted @ 2022-12-12 23:59 拿了桔子跑-范德依彪阅读(223) 评论(0) 编辑收藏举报

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