编译及编译优化技术

JAVA编译期优化（编译原理没学太好...这部分内容后来再补齐）

编译过程

• 解析与填充符号表过程
• 插入式注解处理器的注解处理过程
• 分析与字节码生成的过程

解析与填充符号表

• 词法语法分析
  • 词法分析（分析出一个个不可分割的编译语义最小单元TOKEN）
  • 语法分析（通过TOKEN序列构造语法树）
• 填充符号表(???)

注解处理器

允许编写注解处理器，并在编译过程中，干预编译过程

语义分析及字节码生成

1. 标注检查

运行期编译优化（以下若无指明，则基于HOTSPOT）

大多JAVA虚拟机执行程序的时候 都有两种形式，一种是 解析执行，一种是编译执行。

解析执行启动快，编译后，执行快，但需要额外的编译时间。

JIT编译器要编译出优化的更好的机器代码需要更多的时间，因此大多虚拟机都会采用分层编译。HOTSPOT中分层编译包含以下层级

• 第0层，程序解析执行，解析器不开启性能监控功能，可触发1层编译
• 第1层，也称为C1编译（Client Complier）,C1编译将字节码翻译为本地代码，并进行一些简单可靠的编译。如有必要，将会为代码加上 性能监控（profiling)功能。
• 第2层，也称为C2编译（Server Complier)，C2编译会启用一些编译耗时较长的优化，甚至于会根据性能统计数据进行一些不可靠的激进优化。

编译触发条件

• 多次被调用的方法
• 被多次执行的循环体（触发后执行On Stack Replacement）

探测多次执行的方法：

• 基于采样的热点探测。（检测栈中方法出现的频率）
  • 好处是 实现简单，高效。但缺点是不太准确
• 基于计数器的热点探测(HotSpot使用的)
  • 好处是 准确。缺点 实现较为复杂。

使用的计数器

• 方法调用计数器
• 回边计数器（统计方法内循环，OSR用）

达到 回边计数器 或者 方法计数器 阈值 后，会通知编译器进行编译，然后继续以解析方式执行。下一次进入本方法时会检测是否存在编译版本，若有，则执行编译版本。

一些编译优化技术

公共子表达式消除

相同的计算不再重复执行

数组范围检测消除

通过 代码流分析 是否存在越界可能，若无，则去掉数组范围检测

方法内联

• 减少运行栈
• 为其他优化手段建立好基础
• 因 JAVA的实例非privae方法都是虚方法，因此其大多都不能内联。但JAVA虚拟机会采用一些激进优化手段，如分析当前所有的类中，有没有多个虚方法的实现，若无，则进行内联。若后期突然出现了。则回退到解析执行中。即使其有多个虚方法实现，虚拟机也会尝试进行内联，当内联后发现确实调用了不同的虚方法，才会取消内联的实现

逃逸分析

• 分析对象动态作用域。若对象被传给了其他方法，那么称为 方法逃逸。若被外部线程也能访问到，则称为线程逃逸。
• 若对象未逃逸可进行一些优化：
  • 栈上分配（对象在栈上分配，减轻GC压力）
  • 同步消除（对该对象的锁都消除）
  • 标量替换（将对象分解为java值类型，方便栈上分配，方便进一步的一些优化）

JAVA与C/C++编译器对比

C/C++编译器的优势

• 编译不在运行时，对编译时间不敏感，可采用大规模的优化技术
• JAVA是动态类型安全语言，虚拟机需要保证程序不会违反语言语义或者方位非结构化的内存。也就是在运行时有很多的检查。而C/C++并没有这些东西
• JAVA的虚方法比C/C++多的多，给 内联编译增加了难度。
• JAVA是可动态扩展的语言，在编译时难以看清程序全貌。很多全局优化措施只能通过激进手段进行
• JAVA对象内存分配都在堆上，C/C++可在 堆 也可在 栈 上分配对象。在栈上的对象回收方便，在堆上的对象由于是自己管理内存，因此回收效率也高些。

JAVA优势： 基于运行时数据的统计优化