浅谈JVM中的即时编译器（Just-In-Time compiler, JIT）

Java虚拟机（JVM）中的即时编译器（Just-In-Time compiler, JIT）是一个非常重要的组件，它负责将字节码转换为本地机器代码。在不使用JIT的情况下，JVM通过解释字节码来执行程序，这意味着它会为每个字节码指令逐个进行解释和执行。然而，通过使用JIT，这个过程会变得更加高效。

以下是关于JIT的详细介绍：

1. 工作原理:

   • 当Java程序开始运行时，字节码首先会被解释执行。
   • JIT编译器在后台监控程序的执行，识别出哪些字节码片段被频繁执行（“热点”代码）。
   • 这些“热点”代码片段随后被JIT编译成为本地机器代码。
   • 之后，每次这些代码片段被调用时，JVM会直接运行已经编译的本地机器代码，而不是再次解释原始字节码。

2. 优势:

   • 性能提升: 由于转换为本地机器代码后的执行速度通常比解释字节码快得多，所以JIT能显著提高程序的性能。
   • 优化: JIT编译器在将字节码转换为机器代码时可以应用各种优化技术，如内联（inlining）、死代码消除和循环展开等。

3. 考虑因素:

   • 启动时间: JIT编译器的存在可能导致程序的启动时间略有增加，因为它需要时间来识别和编译“热点”代码。然而，对于长时间运行的程序，这种延迟往往可以被后来的性能提升所抵消。
   • 内存使用: JIT编译的过程会消耗一定的内存。

4. JIT与AOT（Ahead-of-Time Compilation）:

   • 除了JIT，还有一种叫做Ahead-of-Time Compilation（AOT）的技术，即在程序运行前就将字节码编译成机器代码。Java 9引入的JLink工具就允许进行AOT编译。
   • AOT的主要优势是没有运行时编译的开销，可以更快地启动。但缺点是可能会错过一些只有在运行时才能进行的优化【1】。

5. Java中的实现:

   • HotSpot是Oracle JDK的默认JVM，它有两个主要的JIT编译器：C1（客户端编译器）和C2（服务器编译器）。
     • C1: 更快的编译速度，适用于客户端应用，进行了少量优化。
     • C2: 编译速度较慢，但生成的代码执行效率更高，经过了更多的优化。

总的来说，JIT编译器是JVM中非常重要的组件，它可以显著提高Java程序的性能。通过监测并编译经常执行的代码片段，JIT确保了这些“热点”代码可以运行得尽可能快。

【1】在运行时进行的优化利用了程序执行时的实际数据和行为，这些优化是静态编译时无法完成的。以下是一些只有在运行时才能进行的优化的例子：

1. 动态内联:

   • JIT编译器可以根据实际的运行时数据和调用模式来决定是否内联一个方法。而在静态编译时，这样的决策是基于一般或启发式的数据。

2. 逃逸分析:

   • 运行时可以确定哪些对象不会逃逸出其创建方法或线程，从而可以在栈上而不是堆上分配这些对象，或者删除不必要的同步。

3. 去除死代码和不可达代码:

   • 基于实际的执行路径，JIT可以确定哪些代码不会被执行，并在运行时删除这些代码。

4. 分支预测优化:

   • 通过观察实际的分支执行情况，JIT可以重新排序代码来优化最常见的分支路径。

5. 延迟加载和初始化:

   • 根据实际的运行时需求，某些代码或资源可以被推迟加载或初始化。

6. 类型推测和优化:

   • 在运行时，JIT编译器可以观察到特定变量或对象的实际类型，并针对这些类型进行特定的优化。

7. 反馈循环优化:

   • JIT编译器可以根据先前的运行情况收集的性能数据重新优化代码。

8. 去除不必要的同步:

   • 如果JIT确定某个同步块永远不会被多个线程同时访问，那么该同步块可以被移除。

9. 适应性重编译:

   • 如果JIT编译器确定其先前的优化假设不再成立，它可以重新编译和优化代码。

10. 方法替换:

    • 如果JIT发现某个方法的特定版本更适合当前的执行情况，它可以替换该方法的实现。

这些运行时优化利用了程序的实际执行情况和行为，使JIT编译器能够生成高度优化的代码，尤其是针对那些动态或不确定性很高的应用程序。