Java中的Hotspot技术

Java中的Hotspot技术

谈谈HotSpot

看见前面有人说Java是解释语言，突然觉得可以说说这方面。

这里的能人很多，只当是抛砖引玉，错误之处还望指出。



没错，Java是解释语言，但并不意味着它一定被解释执行。早期

的虚拟机确实一条一条指令解释执行，但人们发现这样效率太低，

不满足各种要求，因此出现了许多其它虚拟机，如JIT的虚拟机。

HotSpot也是类似一种虚拟机，自从SUN买下后，已经把它放入

JRE 1.3以及后续版本中。



采用HotSpot的Java虚拟机，已经很难说Java是被虚拟机解释执行了，

原因是HotSpot实际上是把Java的bytecode编译成Native code，

然后运行。



实际上在HotSpot虚拟机中，有两个技术是至关重要的，即动态编译和

Profiling。HotSpot对bytecode的编译，不是在程序运行前预先编译的，

而是在程序运行过程中，动态编译(compile during run-time)，英文称

Dynamic compilation。其实Just In Time也就是这个意思。



HotSpot是如何动态编译Javad的bytecode呢？它采用的是一种smart的办法。

HotSpot里有一个运行监视器，即Profile Monitor(不知国内如何翻译Profile),

专门监视程序运行中，哪一部分运用频度大， 哪些对性能影响至关重要。

当然Profile Monitor有一些算法，这些算法未必十全十美，但大体是能较好

获得相关信息的。对于那些对程序运行效率影响交大的代码，称为热点，

即hot spot，HotSpot会把这些部门动态地编译成机器码，Native code，

同时也对机器码进行优化（类似C编译器的一些优化），从而而提高运行效率。

而那些较少运行的Code，HotSpot虚拟机就不再浪费时间把它们编译。



总体来看，Java bytecode是以解释方式被load到虚拟机的。但虚拟机的

分析器根据一段运行，获知对程序效率影响最大的部分，然后通过动态

编译，同时进行优化，编译成机器码，然后为接下来的运行加速。总的

来说，HotSpot对bytecode有三层处理：不编译，编译，编译并优化。

至于程序哪部分不编译，哪部分编译，哪部分做何种优化，则由Profile

Monitor决定。



那么为什么Java采用动态编译器而不是象C++这样采用静态编译器呢？

虚拟机提供的跨平台运行条件固然是一方面，动态编译器也在许多方面

比静态编译器优越。Profiling就是一个例子。静态编译器通常很难准确

预知程序运行过程中究竟什么部分最需要优化。静态编译器虽然可以把Java

全部编译成Native Code，但却做不到动态编译器那样的优化。



另一个典型的例子，叫做Method inlining。我们知道无论是在C还是在

Java里，函数调用都是很浪费系统时间的，因为有许多进栈出栈操作。

因此有一种优化办法，就是把原来的函数调用，通过编译器的编译，改成

非函数调用，把函数代码直接嵌到调用出，变成顺序执行。



但这一方法在Java/C++这样的面向对象的语言的编译器中，较难很好实现。

那些静态编译器，通常可以把private，static等函数进行Method inlining，

但由于这些面向对象的语言支持函数重载，支持动态联编(不知道是不是这样

翻译，Overridden, dynamic binding),因此静态编译器并不知道究竟应该

把函数的哪个实现给inline了。



HotSpot的动态编译，由于有对函数调用的监视，因此可以准确地知道一些环境

下，那些被重载和动态识别的函数可以如何被inline到调用者那里去，因此

实际上对于一些Server应用来说，可以大幅度提高效率。



HotSpot实际上有两个版本，一个是Server版，一个是Client版。但它们的结构

和本质都是一样的，只是有些地方优化不一样。