Java為何需要平衡方法調用與內聯

在 Java 中,方法調用一般通過 Virtual Call 還有 Classic Call。

Classic Call 就是直接指向方法的地址,需要一次尋址到方法的地址,比直接執行代碼慢。

Virtual Call 需要通過 VMT(Virtual Method Table)。這個VMT存儲的是該class對象中所有的Virtual Method,程序運行的時候首先加載實例對象,然後通過實例對象找到VMT,通過VMT再找到對應的方法地址,再執行代碼。所以比 Classic Call 更慢。

Java 中除瞭 static 方法,private 方法以及構造器是 Classic Call 之外,基本都是 Virtual Call。

為瞭優化,JVM 運行時,JVM使用混合模式來從字節碼轉換成機器可以運行的機器碼,混合模式包括解釋器和JIT:

解釋器工作機制:

在編譯時,主要是將java源代碼文件編譯為java統一的字節碼,但是編譯成的字節碼並不能直接運行,而是通過JVM讀取運行。JVM中的解釋器就是將.class文件一行一行翻譯之後再運行,翻譯就是轉換成當前機器可以運行的機器碼,它不會一次性把整個文件都翻譯過來,而是翻譯一句,執行一句,再翻譯,再執行,所以解釋器的程序運行起來會比較慢,每次都要解釋之後再執行。所以,有些時候,我們想是否可以把解釋之後的內容緩存起來,這樣不就可以直接運行瞭?但是,如果每段代碼都要緩存起來,例如僅僅執行一次的代碼也緩存起來,這樣太浪費內存瞭。所以,引入一個新的運行時編譯器,JIT來解決這些問題,加速熱點代碼的執行。

JIT運行時編譯器工作機制: 

JIT針對熱點代碼,進行編譯與深度優化,優化後的機器碼會被緩存起來,存入CodeCache(代碼高速緩存)中。對於非熱點代碼,例如隻運行一次的代碼(類構造器等等),直接解釋執行,更加快速。JIT不僅花更多時間去編譯優化,而且還多耗費瞭很多內存。字節碼轉換為可執行的機器碼,大小會大很多很多倍。這也是為啥,解釋器每次都要翻譯並且執行,JIT隻針對熱點代碼進行編譯優化的原因。JIT編譯器執行的一些常見優化操作包括數據分析,從堆棧操作到寄存器操作的轉換,通過寄存器分配減少內存訪問,消除常見子表達式等。JIT編譯器進行的優化程度越高,在執行階段花費的時間越多。因此,JIT編譯器無法承擔所有靜態編譯器所做的優化,這不僅是因為增加瞭執行時間的開銷,而且還因為它隻對程序進行瞭限制。這也就解釋瞭為什麼有些JVM會選擇不總是做JIT編譯,而是選擇用解釋器+JIT編譯器的混合執行引擎。

JIT其中一項很重要的優化就是內聯: 內聯是將較小方法的樹合並或“內聯”到其調用者的樹中的過程。這樣可以加速頻繁執行的方法調用。不同分層優化階段,使用的算法不同。主要包括:

  • Trivial方法內聯
  • 調用圖內聯
  • 尾部遞歸消除
  • 虛擬調用優化

這樣省略瞭 calling method。但是,如果將所有方法都內聯的話,編譯出來的機器碼會很大很大,內存占用會急劇增高,效率低下。所以,需要 JIT 把握好這個優化的度

總結起來就是:JIT 是即時優化並編譯代碼,優化代碼包括內聯,編譯後的代碼保存在內存中,也就是代碼高速緩存,編譯後的代碼是很大的,所以不能所有代碼都編譯,需要是熱點代碼。並且,內聯也會將這個方法變得更大。代碼高速緩存也是需要清理的,代碼高速緩存占用過高,也會增加清理概率,因為你可能幾個方法都是高頻執行,但是編譯之後占用過大導致超過代碼高速緩存限制,那麼會發生代碼高速緩存清理,就是代碼緩存中的編譯代碼一直在換。清理代碼高速緩存,會讓所有線程進入 Safepoint,然後才能清理,也就是 stop the world。內聯過多,方法變大,這種清理頻率也會變大。

以上就是Java為何需要平衡方法調用與內聯的詳細內容,更多關於Java 平衡方法調用與內聯的資料請關註WalkonNet其它相關文章!

推薦閱讀: