HotSpot JVM 类型以及编译模式

Java 是编译型还是解释型语言

关于这个问题我想表达一下自己的看法:Java 的源代码,通过 Javac 编译成为字节码,然后在运行时通过 Java 虚拟机内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。但是常见的 JVM,比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM,都提供了 JIT(Just-In-Time)编译器,也就是通常所说的动态编译器,JIT 能够在运行时将热点代码编译成机器码,这种情况下部分热点代码就属于编译执行,而不是解释执行了。

那么什么样的代码算是热点代码呢?被多次调用的方法和被多次执行的循环体都属于热点代码!

编译型语言:把做好的源程序全部编译成二进制代码的可运行程序。然后,可直接运行这个程序。如 C/C++
解释型语言:把做好的源程序翻译一句,然后执行一句,直至结束! 如 Python

结论:很显然,Java 是解释型的语言,因为虽然 Java 也需要编译,编译成 class 文件,但是 class 文件并不是机器可以识别的语言,而是字节码,最终还是需要 JVM 的解释,才能在各个平台执行,这同时也是 Java 跨平台的原因。所以直接从定义上来说 Java 属于解释型语言!

三种编译模式

Java 虚拟机启动时,可以指定不同的参数对运行模式进行选择。 比如,指定 “-Xint”,就是告诉 JVM 只进行解释执行,不对代码进行编译,这种模式抛弃了 JIT 可能带来的性能优势。毕竟解释器(interpreter)是逐条读入,逐条解释运行的。与其相对应的,还有一个 “-Xcomp” 参数,这是告诉 JVM 关闭解释器,不要进行解释执行,或者叫作最大优化级别,但是这种模式未必是高效的。”-Xcomp” 会导致 JVM 启动变慢非常多,同时有些 JIT 编译器优化方式,比如分支预测,往往并不能进行有效优化。

1、只进行解释执行:-Xint
-Xint 标记会强制 JVM 执行所有的字节码,当然这会降低运行速度,通常低 10 倍或更多。

2、关闭解释器:-Xcomp
JVM 在第一次使用时会把所有的字节码编译成本地代码,从而带来最大程度的优化。这听起来不错,因为这完全绕开了缓慢的解释器。然而,很多应用在使用 - Xcomp 也会有一些性能损失,当然这比使用 - Xint 损失的少,原因是 - xcomp 没有让 JVM 启用 JIT 编译器的全部功能。JIT 编译器在运行时创建方法使用文件,然后一步一步的优化每一个方法,有时候会主动的优化应用的行为。

3、混合模式:-Xmixed
解释执行 + JIT

通过下图也可以对比出这三种启动方式的速度:

JDK9 的 AOT

通过 AOT(Ahead-of-Time Compilation), 编译代码加快应用程序启动,因为虽然这种代码通常比 JIT 编译代码慢,但是却比解释代码快很多倍。此外,因为加载和绑定 AOT 编译代码的时间通常比检测和动态编译一个重要方法的时间少,所以能够在程序执行的早期达到那样的性能。类似地,交互式应用程序可以很快地从本地代码中获益,无需使用引起较差响应能力的动态编译。

只有在执行代码引用类的时候才加载该类。因为是在程序执行前进行 AOT 编译的,所以编译器无法预测加载了哪些类。就是说编译器无法获知任何静态字段的地址、任何对象的任何实例字段的偏移量或任何调用的实际目标,甚至对直接调用(非虚调用)也是如此。虽然 AOT 是有好处的,但是缺少关于静态、字段、类和方法的信息意味着严重限制了 Java 编译器中优化框架的大部分功能。这实际上限制了 Java 语言本身的动态特性,牺牲了平台无关性和代码!

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JVM 的 server/client 型

现在的 JVM 运行 Java 程序(和其它的兼容性语言)时在高效性和稳定性方面做的非常出色。自适应内存管理、垃圾收集、及时编译、动态类加载、锁优化等等。在运行时,JVM 会不断的计算并优化应用或者应用的某些部分。

有两种类型的 HotSpot JVM,即 “server” 和 “client”。服务端的 VM 中的默认为堆提供了一个更大的空间以及一个并行的垃圾收集器,并且在运行时可以更大程度地优化代码。客户端的 VM 更加保守一些,这样可以缩短 JVM 的启动时间和占用更少的内存。 从 J2SE 5.0 开始,当应用程序启动时,启动程序可以尝试检测该应用程序是否在 “服务器级” 计算机上运行,如果是,则使用 JavaHotSpotServer 虚拟机 (服务器 VM) 而不是 JavaHotSpot 客户端虚拟机(客户端 VM)。目的是即使没有人配置 VM 来反映它正在运行的应用程序,也可以提高性能。通常,服务器 VM 的启动速度比客户端 VM 的启动速度慢,但随着时间的推移,运行速度会更快。

在 Java SE 6 中,如果在运行 Solaris 或 Linux 的 i586 或 Sparc 32 位计算机上启动应用程序时 - server-client 指定也未指定,则将进行服务器类型检测 。如下表所示,默认情况下,i586 Microsoft Windows 平台使用客户端 VM。其余的 Sun 支持的平台仅使用服务器 VM:
https://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/vm/server-class.html
参考下表:x 表示默认的虚拟机类型 - 表示 这个平台没有提供客户端 VM
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如何验证这个表呢?
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以 windows 版本的来看 (Linux 的 JDK9 是我刚才安装的) 输出显示的是 Java 版本号 (1.8.0_231) 和 JRE 确切的 build 号 (1.8.0_231-b11)。我们也可以看到 JVM 的名字 (HotSpot)、类型 (client) 和 build ID(25.231-b11))。除此之外,我们还知道 JVM 以混合模式 (mixed mode) 在运行,这是 HotSpot 默认的运行模式,意味着 JVM 在运行时可以动态的把字节码编译为本地代码。