聊聊JIT是如何影響JVM性能的

花半秒鐘就能看透事物本質的人，和花一生都看不清事物本質的人，註定是大相徑庭的命運 --教父

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以前說好的這期講解併發工具類，不過ReentrantLock源碼還沒肝完，理由嘛，太忙了，身體不舒服，腦殼沒貨，睡眠不足，劇還沒追完........

但說好的每週一篇乾貨，不能停，今天就先介紹一篇JVM相關知識

咱們知道Java虛擬機棧是線程私有的，每一個線程對應一個棧，每一個線程在執行一個方法時會建立一個對應的棧幀，棧幀負責存儲局部變量變量表、操做數棧、動態連接和方法返回地址等信息，每一個方法的調用過程，至關於棧幀在Java棧的入棧和出棧過程

可是棧幀的建立是須要耗費資源的，尤爲是對於 Java 中常見的 getter、setter 方法來講，這些代碼一般只有一行，每次都建立棧幀的話就太浪費了。

另外，Java 虛擬機棧對代碼的執行，採用的是字節碼解釋執行的方式，考慮到下面這段代碼，變量 a 聲明以後，就不再被使用，要是按照字節碼指令解釋執行的話，就要作不少無用功。

public class A{
    int attr = 0;
    public void test(){
        int a = attr;
        System.out.println("月伴飛魚");
    }
}

執行以下命令：

javap -v A

能夠看到這段代碼的字節碼指令

咱們可以看到 aload_0，getfield ，istore_1 這三個無用的字節碼指令操做。

aload_0 從局部變量0中裝載引用類型值，getfield 從對象中獲取字段，istore_1 將int類型值存入局部變量1

另外，咱們知道垃圾回收器回收的目標區域主要是堆，堆上建立的對象越多，GC 的壓力就越大。要是能把一些變量，直接在棧上分配，那 GC 的壓力就會小一些。

其實，咱們說的這幾個優化的可能性，JVM 已經經過JIT 編譯器（Just In Time Compiler）去作了，JIT 最主要的目標是把解釋執行變成編譯執行。

爲了提升熱點代碼的執行效率，在運行時，虛擬機將會把這些代碼編譯成與本地平臺相關的機器碼，並進行各類層次的優化，這就是 JIT 編譯器的功能。

如上圖，JVM 會將調用次數很高，或者在 for 循環裏頻繁被使用的代碼，編譯成機器碼，而後緩存起來，下次調用相同方法的時候，就能夠直接使用。

那 JIT 編譯都有哪些手段呢？接下來咱們詳細介紹。

方法內聯

方法內聯它會把一些短小的方法體，直接歸入目標方法的做用範圍以內，就像是直接在代碼塊中追加代碼。這樣，就少了一次方法調用，執行速度就可以獲得提高，這就是方法內聯的概念。

可使用 -XX:-Inline 參數來禁用方法內聯，若是想要更細粒度的控制，可使用 CompileCommand 參數，例如：

-XX:CompileCommand=exclude,java/lang/String.indexOf

在 JDK 的源碼裏，也有不少被 @ForceInline註解的方法，這些方法，會在執行的時候被強制進行內聯；而被@DontInline註解的方法，則始終不會被內聯。

JIT 編譯以後的二進制代碼，是放在 Code Cache 區域裏的。這個區域的大小是固定的，並且一旦啓動沒法擴容。若是 Code Cache 滿了，JVM 並不會報錯，但會中止編譯。因此編譯執行就會退化爲解釋執行，性能就會下降。不只如此，JIT 編譯器會一直嘗試去優化你的代碼，形成 CPU 佔用上升。

經過參數 -XX:ReservedCodeCacheSize 能夠指定 Code Cache 區域的大小，若是你經過監控發現空間達到了上限，就要適當的增長它的大小。

分層編譯

HotSpot 虛擬機包含多個即時編譯器，有 C1，C2 和 Graal，JDK8 之後採用的是分層編譯的模式。

JMV使用額外線程進行即時編譯，能夠不用阻塞解釋執行的邏輯。JIT 一般會在觸發以後就在後臺運行，編譯完成以後就將相應的字節碼替換爲編譯後的代碼。

JIT 編譯方式有兩種：一種是編譯方法，另外一種是編譯循環。

具體介紹下幾個編譯器

C1 編譯器

C1 編譯器是一個簡單快速的編譯器，主要的關注點在於局部性的優化，適用於執行時間較短或對啓動性能有要求的程序，也稱爲Client Compiler，例如，GUI 應用對界面啓動速度就有必定要求。

C2 編譯器

C2 編譯器是爲長期運行的服務器端應用程序作性能調優的編譯器，適用於執行時間較長或對峯值性能有要求的程序，也稱爲Server Compiler，例如，服務器上長期運行的 Java 應用對穩定運行就有必定的要求。

在 Java7 以前，須要根據程序的特性來選擇對應的 JIT，虛擬機默認採用解釋器和其中一個編譯器配合工做。

分層編譯

Java7 引入了分層編譯，這種方式綜合了 C1 的啓動性能優點和 C2 的峯值性能優點，咱們也能夠經過參數 -client或者-server 強制指定虛擬機的即時編譯模式。

一般狀況下，C2 的執行效率比 C1 高出30%以上。

注意：在 Java8 中，默認開啓分層編譯，-client 和 -server 的設置已是無效的了。

若是隻想開啓 C2，能夠關閉分層編譯（-XX:-TieredCompilation），若是隻想用 C1，能夠在打開分層編譯的同時，使用參數：-XX:TieredStopAtLevel=1。

咱們能夠經過 java -version命令行能夠直接查看到當前系統使用的編譯模式：

C:\Users\Administrator>java -version
java version "1.8.0_45"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_45-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.45-b02, mixed mode)

mixed mode表明是默認的混合編譯模式，除了這種模式外，咱們還可使用-Xint參數強制虛擬機運行於只有解釋器的編譯模式下，這時 JIT 徹底不介入工做；也可使用參數-Xcomp強制虛擬機運行於只有 JIT 的編譯模式下

逃逸分析

下面着重講解一下逃逸分析，這個知識點在面試的時候常常會被問到。

有這樣一個問題：咱們常說的對象，除了基本數據類型，必定是在堆上分配的嗎？

答案是否認的，經過逃逸分析，JVM 可以分析出一個新的對象的使用範圍，從而決定是否要將這個對象分配到堆上。逃逸分析如今是 JVM 的默認行爲，能夠經過參數 -XX:-DoEscapeAnalysis 關掉它。

那什麼樣的對象算是逃逸的呢？能夠看一下下面的兩種典型狀況。

如代碼所示，對象被賦值給成員變量或者靜態變量，可能被外部使用，變量就發生了逃逸。

public class EscapeAttr {
    Object attr;
    public void test() {
        attr = new Object();
    }
}

再看下面這段代碼，對象經過 return 語句返回。因爲程序並不能肯定這個對象後續會不會被使用，外部的線程可以訪問到這個結果，對象也發生了逃逸。

public class EscapeReturn {
    Object attr;
    public Object test() {
        Object obj = new Object();
        return obj;
    }
}

那逃逸分析有什麼好處呢？

1. 棧上分配

若是一個對象在子程序中被分配，指向該對象的指針永遠不會逃逸，對象有可能會被優化爲棧分配。棧分配能夠快速地在棧幀上建立和銷燬對象，不用再分配到堆空間，能夠有效地減小 GC 的壓力。

2. 分離對象或標量替換

但對象結構一般都比較複雜，如何將對象保存在棧上呢？

JIT 能夠將對象打散，所有替換爲一個個小的局部變量，這個打散的過程，就叫做標量替換（標量就是不能被進一步分割的變量，好比 int、long 等基本類型）。也就是說，標量替換後的對象，所有變成了局部變量，能夠方便地進行棧上分配，而無須改動其餘的代碼。

從上面的描述咱們能夠看到，並非全部的對象或者數組，都會在堆上分配。因爲JIT的存在，若是發現某些對象沒有逃逸出方法，那麼就有可能被優化成棧分配。

3.同步消除

若是一個對象被發現只能從一個線程被訪問到，那麼對於這個對象的操做能夠不考慮同步。

注意這是針對 synchronized 來講的，JUC 中的 Lock 並不能被消除。

要開啓同步消除，須要加上 -XX:+EliminateLocks 參數。因爲這個參數依賴逃逸分析，因此同時要打開 -XX:+DoEscapeAnalysis 選項。

好比下面這段代碼，JIT 判斷對象鎖只能被一個線程訪問，就能夠去掉這個同步的影響。

public class SyncEliminate {
    public void test() {
        synchronized (new Object()) {
        }
    }
}

小結

JIT 是現代 JVM 主要的優化點，可以顯著地提高程序的執行效率。從解釋執行到最高層次的 C2，一個數量級的性能提高也是有可能的。

注意：JIT 優化並不見得每次都有用，好比代碼中若是發生死循環。但若是你在啓動的時候，加上 -Djava.compiler=NONE 參數，禁用 JIT，它就可以執行下去。

這篇文章中咱們主要看了方法內聯、逃逸分析等概念，瞭解到一些方法在被優化後，對象並不必定是在堆上分配的，它可能在被標量替換後，直接在棧上分配。這幾個知識點也是在面試中常常被問到的。

JIT 的這些優化通常都是在後臺進程默默地去作了，咱們不須要關注太多。同時Code Cache 的容量達到上限，會影響程序執行的效率，但除非你有特別多的代碼，默認的 240M 通常來講，足夠用了。