即时编译技术

传统编译只需要为源代码生成对应的机器代码即可，而即时编译是与运行时密切相关的，即编译器需要考虑在何种情况下进行编译、编译完成后机器代码如何被虚拟机使用等。接下来将简单介绍即时编译涉及的一些技术。

分层编译

非此即彼的两个即时编译器可能不是最佳选择。那么，是否有一种编译技术可以综合实现解释器的快速启动、C1的快速预热和C2的高性能产出呢？可以使用-XX:+TieredCompilation开启分层编译，它额外引入了四个编译层级。

1）第0级：解释执行。

2）第1级：C1编译，开启所有优化（不带Profiling）。

3）第2级：C1编译，带调用计数和回边计数的Profiling信息（受限Profiling）。

4）第3级：C1编译，带所有Profiling信息（完全Profiling）。

5）第4级：C2编译。

常见的分层编译层级转换路径如图7-1所示。

• 0→3→4：常见层级转换。用C1完全编译，如果后续方法执行足够频繁再转入4级。
• 0→2→3→4：C2编译器繁忙。先以2级快速编译，等收集到足够的Profiling信息后再转为3级，最终当C2不再繁忙时再转到4级。
• 0→3→1/0→2→1：2/3级编译后因为方法不太重要转为1级。如果C2无法编译也会转到1级。
• 0→(3→2)→4：C1编译器繁忙，编译任务既可以等待C1也可以快速转到2级，然后由2级转向4级。

在JDK 7及之前版本中，可以使用-XX:CompileThreshold=<val>调整编译一个方法的时机，但是在开启分层编译后，该参数会被忽略，判断一个方法是否编译的条件不再基于单个参数，而是综合考虑一系列因素和多个参数，类似于下面的公式：

Predicate(i, b) = (i > Tier3InvocationThreshold)或者(i > Tier3MinInvocationThreshold and i+b> Tier3CompileThreshold)

其中i表示方法调用的次数，b表示回边发生的次数，-XX:Tier3ComilpeThreshold默认为2000。

栈上替换

模板解释器使用方法计数和回边计数识别热点，其中，方法计数识别热点方法，回边计数识别热点循环，如图7-2所示。

一个合理的猜想是编译器识别出热点代码然后进行编译，等待编译完成，在下一次调用时，可直接调用编译后的机器代码代替解释执行。

但在实际情况中并不总是有“下一次调用”的机会。假如有一个包含了千万次的循环方法，方法只执行一次，此时如果等待方法执行完成再进行编译，由于方法只调用一次，编译器将没有机会使用编译后的代码。

为了防止编译器做这种无用功，需要一种技术在解释执行循环期间将代码替换为编译后的代码，即循环的第N次使用解释执行，第N+1次使用编译后的代码，这样就能将“下一次调用”缩小到“下一次循环”。这种技术叫作栈上替换（On Stack Replacement，OSR）。OSR机制类似协程切换，它将解释器栈的数据打包到OSR buffer，然后在编译后的代码里面提取OSR buffer的数据放入编译后的执行栈，再继续执行。

退优化

虚拟机执行方法或循环的次数越多，它知道的代码的额外信息就越多。假设虚拟机执行了很多次obj.equals()发现obj的类型都是String，那么虚拟机可以乐观地认为obj就是String类型，继而直接调用String.equals，省去了查询obj虚函数表的开销。但是如果后续变量obj接收到其他类型的对象，虚拟机也必须有处理这种少数情况的能力，这种处理少数情况的行为即退优化。

除了上述这个例子外，编译器优化还会做很多乐观的假设，它广泛使用fast/slow惯例，乐观地认为大部分情况程序都是走快速路径fast，而只有极少数情况走慢速路径slow。当极少数情况发生时，虚拟机将执行退优化，使用慢速路径作为后备方案。退优化可以认为是栈上替换的逆操作。

本文给大家讲解的内容是深入解析java虚拟机：编译概述，即时编译技术

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