1.执行引擎的概述
执行引擎是java虚拟机核心的组成部分之一,“虚拟机”是相对于“物理机”的概念,这两种机器都有代码执行的能力,其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的,而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的,因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系,能够执行那些不被硬件支持的指令集格式。
如果想要让一个java程序运行起来,执行引擎的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才可以,简单来说,JVM的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。
2.执行引擎的工作过程
①执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于pc寄存器。
②每当执行完一项指令操作后,pc寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。
③当方法执行过程中,执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位存储在java堆区中的对象实例信息,以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。
从外观上来看,所有的Java虚拟机的执行引擎输入、输入都是一致的:输入的字节码二进制流,处理过程是字节码解析执行的等效过程,输出的执行结果。
3.执行引擎编译和执行的过程
java字节码的执行是由jvm执行引擎完成,如下图所示:
解释器:当Java虚拟机启动时会根据预定于的规范对字节码采用逐行解释的方式执行,将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。
JIT(Just In Time Comilper)编译器:就是虚拟机将字节码直接编译和本地机器相关的机器语言。
现在JVM在执行Java代码的时候,通常都会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。
4.解释器
JVM设计者的初衷仅仅时单纯地为了满足Java程序实现跨平台特性,因此避免采用静态编译的方式直接生成本地机器指令,从而诞生实现解释器在运行时采用逐行解释字节码程序的想法。
解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”,将字节码文件中的内容“翻译”为对应的本地机器指令执行。当一条字节码被解释执行完成后,接着在根据pc寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。
在HotSpot VM中,解析器主要由Interpreter模块和code模块构成。
5.JIT编译器
当虚拟机启动时候,解释器可以首先发挥作用,而不必等待及时编译器全部编译完成再执行,这样可以省去许多不要的编译时间。并且随着程序运行时间的推移,即时编译器逐渐发挥作用,根据热点探测功能,将有价值的字段编译为本地机器指令,以换取更高的程序执行效率。
热点代码及时探测方式:一个方法调用的方法,或者是一个方法体内部循环次数比较的循环体都可以被称之为“热点代码”,因此都可以通过JIT编译器编译为本地机器指令。由于这种编译器方式在方法执行过程中,因此也被称之为栈上替换,或简称为OSR编译。目前HotSpot VM采用的热点探测方式是基于计数器热点探测。
采用基于计数器的热点探测,HotSpot VM将会为每个方法都建立2个不同类型的计数器,分别为方法调用计数器和回边计数器。方法调用计数器用于方法的调用次数,回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数。
这个计数去就用于统计方法调用的次数,它的默认阈值在Client模式下是1500次,在Server模式是10000次。超过这个阈值,就会触发JIT编译,这个阈值可以通过虚拟机参数-XX:ComileThreshold来人为设定。
当一个方法被调用时,会先检查该方法是否存在被JIT编译过的版本,如果存在,则优先使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已经被编译的版本,则将此方法的调用计数器值加1,然后判断方法调用计数器与回边计数器值之和是否超过方法调用计数器的阈值。如果超过阈值,那么将会向及时编译器提交一个方法的代码编译请求。
6.设置程序执行方式
缺省情况下HotSpot VM是采用解释器与及时编译器并存的架构,当然开发人员可以根据具体的应用场景,通过命令显示地为Java虚拟机指定运行时到底是完全采用解释器执行还是完全采用编译器执行。
①-Xint 完全采用解释器模式执行程序
②-Xcomp完全采用即时编译模式执行程序。如果即时编译出现问题,解释器会介入执行。
③-Xmixed 采用解释器+即时编译器的混合模式共同执行程序。