解释器与JIT编译器

解释器

　　JVM设计者们的初衷仅仅只是单纯地为了满足Java程序实现跨平台特性，因此避免采用静态编译的方式直接生成本地机器指令，从而诞生了实现解释器在运行时采用逐行解释字节码执行程序的想法。 

• 解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行
• 当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据PC寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作
• 在Java的发展历史里，一共有两套解释执行器，即古老的字节码解释器、现在普遍使用的模板解释器
  • 字节码解释器在执行时通过纯软件代码模拟字节码的执行，效率非常低下
  • 模板解释器将每一条字节码和一个模板函数相关联，模板函数中直接产生这条字节码执行时的机器码，从而很大程度上提高了解释器的性能

    • 在HotSpot VM中，解释器主要由Interpreter模块和Code模块构成
      • Interpreter模块：实现了解释器的核心功能
      • Code模块：用于管理HotSpot VM在运行时生成的本地机器指令

• 由于解释器在设计和实现上非常简单，因此除了Java语言之外，还有许多高级语言同样也是基于解释器执行的，比如Python、 Perl、Ruby等。但是在今天，基于解释器执行已经沦落为低效的代名词，但无论如何基于解释器的执行模式仍然为中间语言的发展做出了不可磨灭的贡献

JIT编译器

• Java 语言的“编译器” 其实是一段“不确定”的操作过程，因为它可能是指一个前端编译器（其实叫“编译器的前端” 更准确一些）把.java文件转变成.class文件的过程
• 也可能是指虚拟机的后端运行期编译器（JIT 编译器，Just In Time Compiler）把字节码转变成机器码的过程
• 还可能是指使用静态提前编译器（AOT 编译器，Ahead Of Time Compiler）直接把. java文件编译成本地机器代码的过程

• • • 前端编译器： Sun的Javac、 Eclipse JDT中的增量式编译器（ECJ） 
    • JIT编译器： HotSpot VM的C1、C2编译器。 
    • AOT编译器： GNU Compiler for the Java （GCJ） 、Excelsior JET

热点代码及探测方式

　　当然是否需要启动JIT编译器将字节码直接编译为对应平台的本地机器指令，则需要根据代码被调用执行的频率而定。关于那些需要被编译为本地代码的字节码，也被称之为“热点代码” ，JIT编译器在运行时会针对那些频繁被调用的“热点代码”做出深度优化，将其直接编译为对应平台的本地机器指令，以此提升Java程序的执行性能

• 一个被多次调用的方法，或者是一个方法体内部循环次数较多的循环体都可以被称之为“热点代码”，因此都可以通过JIT编译器编译为本地机器指令。由于这种编译方式发生在方法的执行过程中，因此也被称之为栈上替换，或简称为OSR （On StackReplacement）编译
• 一个方法究竟要被调用多少次，或者一个循环体究竟需要执行多少次循环才可以达到这个标准？必然需要一个明确的阈值，JIT编译器才会将这些“热点代码”编译为本地机器指令执行。这里主要依靠热点探测功能
• 目前HotSpot VM所采用的热点探测方式是基于计数器的热点探测
采用基于计数器的热点探测，HotSpot VM将会为每一个 方法都建立2个不同类型的计数器，分别为方法调用计数器（Invocation Counter） 和回边计数器（BackEdge Counter）
• 方法调用计数器用于统计方法的调用次数
• 回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数

方法调用计数器

• 这个计数器就用于统计方法被调用的次数，它的默认阈值在Client 模式 下是1500 次，在Server 模式下是10000 次。超过这个阈值，就会触发JIT编译
• 这个阈值可以通过虚拟机参数一XX ：CompileThreshold来人为设定
• 当一个方法被调用时， 会先检查该方法是否存在被JIT编译过的版本，如果存在，则优先使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已被编译过的版本，则将此方法的调用计数器值加1，然后判断方法调用计数器与回边计数器值之和是否超过方法调用计数器的阈值。如果已超过阈值，那么将会向即时编译器提交一个该方法的代码编译请求

热度衰减

• 如果不做任何设置，方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。当超过一定的时间限度， 如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计数器热度的衰减（Counter Decay） ，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期（Counter Half Life Time）
• 进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的，可以使用虚拟机参数 -XX:-UseCounterDecay来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数，这样，只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码
• 另外，可以使用-XX:CounterHalfLifeTime参数设置半衰周期的时间，单位是秒

回边计数器

　　它的作用是统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边” （Back Edge）。显然，建立回边计数器统计的目的就是为了触发OSR编译

　

附：JVM学习目录