在Java编译原理(javac) 中我们已经讲述了Java编译中的前端编译(javac)，今天我们就看一下后端编译。

1. 为什么需要后端编译(JIT)

当我们的字节码文件被虚拟机加载过后，其实就可以解释执行，也就是说即使没有后端编译我们的Java程序也可以运行。之所以需要后端编译是因为解释执行虽然会提高程序的启动速度，但当程序稳定运行以后，运行速度不会再有所改善。计算机的世界与天下武功一样，唯快不破，为了不断提高我们的程序运行速度，我们需要在程序运行过程中对特定代码进行编译，将本地代码编译成机器可以直接识别的机器代码。

2. HotSpot虚拟机的JIT

HotSpot VM中集成了两种编译器，Client Compiler和Server Compiler，它们的作用也不同。Client Compiler注重启动速度和局部的优化，Server Compiler则更加关注全局的优化，性能会更好，但由于会进行更多的全局分析，所以启动速度会变慢。两种编译器有着不同的应用场景，在虚拟机中同时发挥作用。

2.1 Client Compiler

HotSpot VM中带有一个Client Compiler C1编译器，它主要做以下事情：

• 局部简单可靠的优化，比如字节码上进行的一些基础优化，方法内联、常量传播等，放弃许多耗时较长的全局优化。
• 将字节码构造成高级中间表示（High-level Intermediate Representation，以下称为HIR），HIR与平台无关，通常采用图结构，更适合JVM对程序进行优化。
• 最后将HIR转换成低级中间表示（Low-level Intermediate Representation，以下称为LIR），在LIR的基础上会进行寄存器分配、窥孔优化（局部的优化方式，编译器在一个基本块或者多个基本块中，针对已经生成的代码，结合CPU自己指令的特点，通过一些认为可能带来性能提升的转换规则或者通过整体的分析，进行指令转换，来提升代码性能）等操作，最终生成机器码。

2.2 Server Compiler

Server Compiler主要关注一些编译耗时较长的全局优化，甚至会还会根据程序运行的信息进行一些不可靠的激进优化。这种编译器的启动时间长，适用于长时间运行的后台程序，它的性能通常比Client Compiler高30%以上。目前，Hotspot虚拟机中使用的Server Compiler有两种：C2和Graal。

关于Client Compiler和Server Compiler后面我会单独写一下具体的编译过程。

3. 分层编译

即时编译器编译代码需要时间，一般编译出优化程度更高的代码(影响程序启动响应速度，但是会提高运行效率)，编译会花费更多的时间。为了在程序启动响应速度和运行效率之间达到平衡，HotSpot虚拟机采用分层编译，分层编译的思想将JVM的执行状态划分为5层：

• 第1层：解释执行
• 第2层：执行不带Profiling(收集反应执行状态的数据)的C1本地代码
• 第3层：执行带方法调用次数和回边调用次数Profiling的C1本地代码
• 第4层：执行所有Profiling的C1本地代码
• 第5层：执行C2本地代码

3.1 编译条件

在程序运行过程中，热点代码会触发编译，热点代码有以下两类：

• 被多次调用的方法
• 被多次执行的循环体

热点代码通过热点探测的方式进行判定，判定的方式大约有两种：

• 基于采样的热点探测：虚拟机周期性检查线程的栈顶，如果某个方法经常出现在栈顶，那么该方法即为热点方法。这种实现方式简单高效，但是精确度不够，一些阻塞的方法会被误判为热点方法。
• 基于计数器的热点探测：对每个方法（甚至方法块）建立计数器，执行次数超过一定的阀值就被判定为热点方法。

Hotspot虚拟机采用的是基于计数器的热点探测，虚拟机为每个方法准备了两类计数器：

• 方法调用计数器
• 回边计数器

在分层编译开启的情况下，触发编译由以下条件来判断：

• 方法调用次数大于由参数-XX:TierXInvocationThreshold指定的阀值乘以系数
• 方法调用次数大于由参数-XX:TierXMINInvocationThreshold指定的阀值乘以系数，并且方法调用次数和循环回边次数之和大于由参数-XX:TierXCompileThreshold指定的阀值乘以系数时

以上两个条件满足其中一个即可触发即时编译，系数会由虚拟机根据当前编译的方法数以及编译线程数动态调整。

公式如下：

// i为方法调用计数器记录的方法调用次数
// b为回边计数器记录的循环回边次数
i > TierXInvocationThreshold * s || (i > TierXMINInvocationThreshold * s && i + b > TierXCompileThreshold * s)

本期的JIT即时编译介绍到这，我是shysh95，我们下期再见！！！