《Java 虚拟机》专栏索引 👉基本概念与内存结构 👉垃圾回收 👉类文件结构与字节码技术 👉类加载阶段 👉运行期优化 👉 happens-before 与锁优化

@[TOC](《Java 虚拟机》运行期优化)

🟧1. 分层编译

为了在程序启动响应速度 与运行效率之间达到最佳平衡，HotSpot 虚拟机启用了分层编译（Tiered Compilation）的策略，。分层编译根据编译器编译、优化的规模与耗时，划分出不同的编译层次：

第 0 层：程序解释执行，解释器不开启性能监控功能（Profiling），可触发第一层编译。
第 1 层：使用 C1 即时编译器编译执行（不带 proﬁling）
第 2 层：使用 C1 即时编译器编译执行（带基本的 profiling）
第 3 层：使用 C1 即时编译器编译执行（带完全的 profiling）
第 4 层：使用 C2 即时编译器编译执行，将字节码编译为本地代码。

proﬁling 是指在运行过程中收集一些程序执行状态的数据，例如【方法的调用次数】，【循环的回边次数】等。

即时编译器（JIT）与解释器的区别：

解释器 1.1 将字节码解释为机器码，下次即使遇到相同的字节码，仍会执行重复的解释 1.2 是将字节码解释为针对所有平台都通用的机器码
即时编译器 2.1 JIT（Just In Time Compiler）是将一些字节码编译为机器码，并存入 Code Cache，下次遇到相同的代码，直接执行，无需再编译 2.2 根据平台类型，生成平台相关的机器码

对于大部分的不常用的代码，我们无需耗费时间将其编译成机器码，而是采取解释执行的方式运行；另一方面，对于仅占据小部分的热点代码，我们则可以将其编译成机器码，以达到理想的运行速度。执行效率上简单比较一下 Interpreter < C1 < C2，总的目标是发现热点代码（hotspot 名称的由来），并优化这些热点代码。

🟧2. 逃逸分析

逃逸分析（Escape Analysis）简单来讲就是，Java Hotspot 虚拟机可以分析新创建对象的使用范围，并决定是否在 Java 堆上分配内存的一项技术。

逃逸分析的 JVM 参数如下：

开启逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis
关闭逃逸分析：-XX:-DoEscapeAnalysis
显示分析结果：-XX:+PrintEscapeAnalysis

逃逸分析技术在 Java SE 6u23+ 开始支持，并默认设置为启用状态，可以不用额外加这个参数。

🟠2.1 对象逃逸状态

1、全局逃逸（GlobalEscape）

一个对象的作用范围逃出了当前方法或者当前线程，有以下几种场景：

对象是一个静态变量，类变量
对象是一个已经发生逃逸的对象，可以在其他线程中访问到
作为调用参数传递到其他方法中

2、参数逃逸（ArgEscape）

一个对象被作为方法参数传递或者被参数引用，但在调用过程中不会发生全局逃逸，这个状态是通过被调方法的字节码确定的。

3、没有逃逸

方法中的对象没有发生逃逸。

🟠2.2 逃逸分析优化

针对上面第三点，当一个对象没有逃逸时，可以得到以下几个虚拟机的优化。

🔸2.2.1 同步消除

线程同步是一个相对耗时的过程，如果逃逸分析能够确定一个变量不会逃出线程，无法被其他线程访问，那么读写就不存在竞争了，对这个变量的同步措施可以消除掉了。

例如，StringBuffer 和 Vector 都是用 synchronized 修饰线程安全的，但大部分情况下，它们都只是在当前线程中用到，这样编译器就会优化移除掉这些锁操作。

锁消除的 JVM 参数如下：

开启锁消除：-XX:+EliminateLocks
关闭锁消除：-XX:-EliminateLocks

同步消除（锁消除）在 JDK8 中都是默认开启的，并且锁消除都要建立在逃逸分析的基础上。

🔸2.2.2 标量替换

首先要明白标量和聚合量，基础类型和对象的引用可以理解为标量，它们不能被进一步分解。而能被进一步分解的量就是聚合量，例如 Java 中的对象。

如果把一个 Java 对象拆散，根据程序访问的情况，将其使用到的成员变量恢复原始类型来访问就叫做标量替换。

这样，如果一个对象没有发生逃逸，那程序在执行时压根就不用创建它，而改为直接创建它的若干个被这个方法使用到的成员变量来代替 ，将对象拆分后，只会在栈上或者寄存器上创建它用到的成员标量，节省了内存空间，也提升了应用程序性能。

标量替换的 JVM 参数如下：

开启标量替换：-XX:+EliminateAllocations
关闭标量替换：-XX:-EliminateAllocations
显示标量替换详情：-XX:+PrintEliminateAllocations

标量替换同样在 JDK8 中都是默认开启的，并且都要建立在逃逸分析的基础上。

🔸2.2.3 栈上分配

当对象没有发生逃逸时，该对象就可以通过标量替换分解成成员标量分配在栈内存中，和方法的生命周期一致，随着栈帧出栈时销毁，减少了 GC 压力，提高了应用程序性能。

🟧3. 方法内联

🟠3.1 内联函数

C++ 是否为内联函数由自己决定，Java 由编译器决定。Java 不支持直接声明为内联函数，如果想让它内联，你只能够向编译器提出请求: 关键字 final 修饰用来指明那个函数是希望被 JVM内联的，如：

java 复制代码

public final void doSomething() {  
      // to do something  
}

总的来说，一般的函数都不会被当做内联函数，只有声明了 final 后，编译器才会考虑是不是要把你的函数变成内联函数。

JVM 内建有许多运行时优化，首先短方法更利于JVM 推断。流程更明显，作用域更短，副作用也更明显。如果是长方法 JVM 可能直接就崩了。

🟠3.2 方法内联

如果 JVM 监测到一些小方法被频繁的执行，它会把方法的调用替换成方法体本身，如：

java 复制代码

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) { 
	  //这里调用了add2方法
      return add2(x1, x2) + add2(x3, x4);  
  }  

  private int add2(int x1, int x2) {  
      return x1 + x2;  
  }

方法调用被替换后

java 复制代码

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) {  
	//被替换为了方法本身
    return x1 + x2 + x3 + x4;  
}