JVM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。
Client Compiler
HotSpot VM带有一个Client Compiler C1编译器。这种编译器启动速度快,但是性能比较Server Compiler来说会差一些。C1会做三件事:
- 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。
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。
C2 Compiler
在Hotspot VM中,默认的Server Compiler是C2编译器。
C2编译器在进行编译优化时,会使用一种控制流与数据流结合的图数据结构,称为Ideal Graph。 Ideal Graph表示当前程序的数据流向和指令间的依赖关系,依靠这种图结构,某些优化步骤(尤其是涉及浮动代码块的那些优化步骤)变得不那么复杂。
Ideal Graph的构建是在解析字节码的时候,根据字节码中的指令向一个空的Graph中添加节点,Graph中的节点通常对应一个指令块,每个指令块包含多条相关联的指令,JVM会利用一些优化技术对这些指令进行优化,比如Global Value Numbering、常量折叠等,解析结束后,还会进行一些死代码剔除的操作。生成Ideal Graph后,会在这个基础上结合收集的程序运行信息来进行一些全局的优化,这个阶段如果JVM判断此时没有全局优化的必要,就会跳过这部分优化。
无论是否进行全局优化,Ideal Graph都会被转化为一种更接近机器层面的MachNode Graph,最后编译的机器码就是从MachNode Graph中得的,生成机器码前还会有一些包括寄存器分配、窥孔优化等操作。关于Ideal Graph和各种全局的优化手段会在后面的章节详细介绍。Server Compiler编译优化的过程如下图所示:
Graal Compiler
从JDK 9开始,Hotspot VM中集成了一种新的Server Compiler,Graal编译器。相比C2编译器,Graal有这样几种关键特性:
- 前文有提到,JVM会在解释执行的时候收集程序运行的各种信息,然后编译器会根据这些信息进行一些基于预测的激进优化,比如分支预测,根据程序不同分支的运行概率,选择性地编译一些概率较大的分支。Graal比C2更加青睐这种优化,所以Graal的峰值性能通常要比C2更好。
- 使用Java编写,对于Java语言,尤其是新特性,比如Lambda、Stream等更加友好。
- 更深层次的优化,比如虚函数的内联、部分逃逸分析等。
Graal编译器可以通过Java虚拟机参数-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseJVMCICompiler启用。当启用时,它将替换掉HotSpot中的C2编译器,并响应原本由C2负责的编译请求。
参考原文:基本功 | Java即时编译器原理解析及实践 - 美团技术团队 (meituan.com)
原文链接:https://www.cnblogs.com/FangwayLee/p/17338548.html
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