JVM 虚拟机之编译优化(上)

简介: 本文主要是概念篇,总结和摘录了 JVM 对于编译优化中存在的几个核心概念: 热点探测、方法内联、逃逸分析、公共子表达式消除、数组边界消除等。

热点探测 (Hot Spot Detection)


当虚拟机发现某个方法或者代码块运行特别频繁,就会把这些代码认定为 “热点代码”(Hot Spot Code)。


判断代码是不是热点代码的这种行为被称为 “热点探测”(Hot Spot Detection) ,有两种热点代码判断的方法:


1. 基于采样的热点探测(Sample Based Hot Spot Code Detection)


采用虚拟机周期性检查哥哥线程的调用栈顶,如果发现某个方法经常出现在栈顶,那么这个方法就是“热点方法”。基于采样的热点探测的好处就是简单、高效,还很容易获取方法的调用关系(将调用堆栈展开即可),缺点就是很难准确的描述一个方法的热度,容易受到线程阻塞或者别的外籍因素影而骚乱热点探测。


2. 基于计数器的热点探测(Counter Based Hot Spot Code Detection)


采用这种方法的虚拟机会为 每个方法(甚至是代码块)建立计数器,统计方法的执行次数,如果执行次数超过一定的阈值就认为 它是“热点方法”。这种统计方法实现起来要麻烦一些,需要为每个方法建立并维护计数器,而且不能 直接获取到方法的调用关系。但是它的统计结果相对来说更加精确严谨。


HotSpot  虚拟机中采用的是基于计数器的热点探测方法,有一下两类计数器:


  • 方法调用计数器(Invocation Counter),服务器模式默认 10000 次


  • 回边计数器(Back Edge Counter),服务器模式默认 10700 次


方法内联



方法内敛的优化是把目标方法的代码复制到调用的方法之内,避免发生真实的方法调用。


  • 热点探测技术触发


  • 方法体大小限制


  • 使用方法内联提升性能


测试代码:


/**
 * VM Args:
 * -XX:+PrintCompilation          控制台打印编译过程信息
 * -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 解锁对 JVM 进行诊断的选项参数,默认关闭
 * -XX:+PrintInlining             打印方法内联
 * @author Administrator
 */
public class MethodInliningTest {
    public static void main(String[] args) {
        testInline(args);
    }
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    public static void testInline(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            add(i,i+1);
        }
    }
}


查看打印信息,当前代码触发方法内联


image.png


逃逸分析(Escape Analysis)



**逃逸分析(Escape Analysis)**是目前Java虚拟机中比较前沿的优化技术,它与类型继承关系分析一样,并不是直接优化代码的手段,而是为其他优化措施提供依据的分析技术。


逃逸分析的基本原理是: 分析对象动态作用域,当一个对象在方法里面被定义后,它可能被外部方法所引用,例如作为调用参数传递到其他方法中,这种称为方法逃逸;甚至还有可能被外部线程访问到,譬如赋值给可以在其他线程中访问的实例变量,这种称为线程逃逸;从不逃逸、方法逃逸到线程逃逸,称为对象由低到高的不同逃逸程度


栈上分配(Stack Allocations)


在Java虚拟机中,Java堆上分配创建对象的内存空间几乎是 Java程序员都知道的常识,Java堆中的对象对于各个线程都是共享和可见的,只要持有这个对象的引用,就可以访问到堆中存储的对象数据。虚拟机的垃圾收集子系统会回收堆中不再使用的对象,但回收动作无论是标记筛选出可回收对象,还是回收和整理内存,都需要耗费大量资源。如果确定一个对象不会逃逸出线程之外,那让这个对象在栈上分配内存将会是一个很不错的主意,对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁。在一般应用中,完全不会逃逸的局部对象和不会逃逸出线程的对象所占的比例是很大的,如果能使用栈上分配,那大量的对象就会随着方法的结束而自动销毁了,垃圾收集子系统的压力将会下降很多。栈上分配可以支持方法逃逸,但不能支持线程逃逸。


标量替换(Scalar Replacement)


若一个数据已经无法再分解成更小的数据来表示了,Java虚拟机中的原始数据类型(int、long等数值类型及reference类型等)都不能再进一步分解了,那么这些数据就可以被称为标量。相对的,如果一个数据可以继续分解,那它就被称为聚合量(Aggregate),Java 中的对象就是典型的聚合量。如果把一个Java对象拆散,根据程序访问的情况,将其用到的成员变量恢复为原始类型来访问,这个过程就称为标量替换。假如逃逸分析能够证明一个对象不会被方法外部访问,并且这个对象可以被拆散,那么程序真正执行的时候将可能不去创建这个对象,而改为直接创建它的若干个被这个方法使用的成员变量来代替。将对象拆分后,除了可以让对象的成员变量在栈上 (栈上存储的数据,很大机会被虚拟机分配至物理机器的高速寄存器中存储)分配和读写之外,还可以为后续进一步的优化手段创建条件。标量替换可以视作栈上分配的一种特例,实现更简单(不用考虑整个对象完整结构的分配),但对逃逸程度的要求更高,它不允许对象逃逸出方法范围内。


相关文章
|
10月前
|
监控 算法 Java
Java虚拟机(JVM)垃圾回收机制深度剖析与优化策略####
本文作为一篇技术性文章,深入探讨了Java虚拟机(JVM)中垃圾回收的工作原理,详细分析了标记-清除、复制算法、标记-压缩及分代收集等主流垃圾回收算法的特点和适用场景。通过实际案例,展示了不同GC(Garbage Collector)算法在应用中的表现差异,并针对大型应用提出了一系列优化策略,包括选择合适的GC算法、调整堆内存大小、并行与并发GC调优等,旨在帮助开发者更好地理解和优化Java应用的性能。 ####
242 27
|
5月前
|
人工智能 安全 虚拟化
企业级Win11纯净部署指南|VMware虚拟机安装+GPT分区优化+绕过限制详解(小白必看)
Windows 11 是微软推出的新一代操作系统,以其直观交互和 AI 技术为核心升级亮点。界面采用圆角设计与居中任务栏布局,支持多窗口贴靠分屏、虚拟桌面功能,大幅提升多任务处理效率。系统深度集成了 Copilot 智能助手,提供语音写作、照片编辑等便捷功能,并通过 DirectStorage 和 DirectX 12 Ultimate 技术优化游戏体验。本文详细介绍 Windows 11 的下载、U盘制作及安装步骤,帮助用户快速上手全新系统。
443 21
|
9月前
|
存储 设计模式 监控
快速定位并优化CPU 与 JVM 内存性能瓶颈
本文介绍了 Java 应用常见的 CPU & JVM 内存热点原因及优化思路。
930 166
|
7月前
|
存储 监控 虚拟化
Hyper V上网优化:提升虚拟机网络速度
要优化Hyper-V虚拟机的网络速度,可从以下几方面入手:1. 优化虚拟交换机配置,如选择合适的交换机类型、启用SR-IOV、配置VLAN和QoS策略;2. 调整网络适配器设置,选择适当的适配器类型并启用VRQ等;3. 优化宿主机网络配置,更新网卡固件和驱动,启用硬件加速;4. 使用性能监视工具监控网络流量;5. 其他措施如启用硬件虚拟化、使用外部存储、配置NLB等。通过合理配置,可显著提升网络性能。
|
7月前
|
监控 Java 编译器
聊聊JVM如何优化
JVM的优化是一个复杂而细致的过程,涉及内存管理、垃圾回收、即时编译、线程调度等多个方面。通过合理配置JVM参数、选择合适的垃圾回收器、优化线程调度和使用专业的监控工具,可以大幅提升Java应用的性能和稳定性。掌握这些优化技巧,能够帮助开发者在高并发、高负载的生产环境中保持系统的高效运行。
337 13
|
7月前
|
存储 设计模式 监控
如何快速定位并优化CPU 与 JVM 内存性能瓶颈?
如何快速定位并优化CPU 与 JVM 内存性能瓶颈?
175 0
如何快速定位并优化CPU 与 JVM 内存性能瓶颈?
|
10月前
|
存储 监控 算法
深入探索Java虚拟机(JVM)的内存管理机制
本文旨在为读者提供对Java虚拟机(JVM)内存管理机制的深入理解。通过详细解析JVM的内存结构、垃圾回收算法以及性能优化策略,本文不仅揭示了Java程序高效运行背后的原理,还为开发者提供了优化应用程序性能的实用技巧。不同于常规摘要仅概述文章大意,本文摘要将简要介绍JVM内存管理的关键点,为读者提供一个清晰的学习路线图。
|
10月前
|
存储 监控 算法
Java虚拟机(JVM)垃圾回收机制深度解析与优化策略####
本文旨在深入探讨Java虚拟机(JVM)的垃圾回收机制,揭示其工作原理、常见算法及参数调优方法。通过剖析垃圾回收的生命周期、内存区域划分以及GC日志分析,为开发者提供一套实用的JVM垃圾回收优化指南,助力提升Java应用的性能与稳定性。 ####
|
5月前
|
Arthas 存储 算法
深入理解JVM,包含字节码文件,内存结构,垃圾回收,类的声明周期,类加载器
JVM全称是Java Virtual Machine-Java虚拟机JVM作用:本质上是一个运行在计算机上的程序,职责是运行Java字节码文件,编译为机器码交由计算机运行类的生命周期概述:类的生命周期描述了一个类加载,使用,卸载的整个过类的生命周期阶段:类的声明周期主要分为五个阶段:加载->连接->初始化->使用->卸载,其中连接中分为三个小阶段验证->准备->解析类加载器的定义:JVM提供类加载器给Java程序去获取类和接口字节码数据类加载器的作用:类加载器接受字节码文件。
486 55
|
6月前
|
Arthas 监控 Java
Arthas memory(查看 JVM 内存信息)
Arthas memory(查看 JVM 内存信息)
471 6