在“什么是即时编译(JIT)!?OpenJDK HotSpot
VM剖析”这篇文章里,作者提到HotSpot执行引擎有一个即时(JIT)编译器。为了优化启动时间,分层编译先对代码进行解释,然后把它们快速移动到第1层,第2层和第3层,在这些层里使用客户端编译级别对它们进行编译(使用不同的剖析信息),最后把它们移动到服务端编译级别的层(更多信息可以参考上面的文章)。尽管有编译阶段的优化,HotSpot仍然会先解释执行字节码,然后才会使用即时编译。

转:什么是即时编译(JIT)!?OpenJDK HotSpot VM剖析,jitopenjdk

今年9月,一个关于在HotSpot里添加预先编译(Ahead-of-Time,AOT)的提案被提交到JEP。AOT通过加载预编译的类来优化启动时间,避免了在解释模式或局部优化编译级别运行这些类。

重点

  • 应用程序可以选择一个适当的即时编译器来进行接近机器级的性能优化。
  • 分层编译由五层编译构成。
  • 分层编译提供了极好的启动性能,并指导编译的下一层编译器提供高性能优化。
  • 提供即时编译相关诊断信息的JVM开关。
  • 像内联化和向量化之类的优化进一步增强了性能。

OpenJDK HotSpot Java Virtual
Machine被人亲切地称为Java虚拟机或JVM,由两个主要组件构成:执行引擎和运行时。JVM和Java
API组成Java运行环境,也称为JRE。

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在本文中,我们将探讨执行引擎,特别是即时编译,以及OpenJDK HotSpot
VM的运行时优化。

AOT并非新出现的动态编译器技术。IBM的J9虚拟机就支持AOT,Excelsior
JET和其它一些虚拟机也支持。AOT使用(共享)已经编译成本地代码的库让动态编译器达到更好的启动/预热效果。

JVM的执行引擎和运行时

执行引擎由两个主要组件构成:垃圾回收器(它回收垃圾对象并提供自动的内存或堆管理))以及即时编译器(它把字节码转换为可执行的机器码)。在OpenJDK
8中,“分层的编译器”是默认的服务端编译器。HotSpot也可以通过禁用分层的编译器(-XX:-TieredCompilation)仍然选择不分层的服务端编译器(也称为“C2”)。我们接下来将了解这些编译器的更多内容。

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JVM的运行时掌控着类的加载、字节码的验证和其他以下列出的重要功能。其中一个功能是“解释”,我们将马上对其进行深入地探讨。你可以点击此处了解JVM运行时的更多内容。

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跟JIT编译器类似,AOT编译也有分层和非分层两种模式,不同之处在于剖析信息和JIT再编译。那篇文章提到,在分层模式下,编译第2层会收集简单的剖析信息,AOT分层编译的代码也是如此。当AOT调用达到一定阈值,这些方法会在第3层被客户端编译器编译,这也为将在第4层发生的服务端再编译收集了全部剖析信息。

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该提案由HotSpot团队负责人Valdimir
Kozlov提交,里面提到了在第一个版本里只有java.base模块支持多层AOT,因为这个基本模块为众人所知,可以得到全面的内部测试。

新Java,新未来

AOT带来了一个叫作“jaotc”的工具,它在内部使用了Graal(用于生成代码)。Graal动态编译器集成了HotSpot虚拟机并且依赖JVM编译器接口(JVMCI),所以JDK(支持Graal或AOT)应该也支持JVMCI。Oracle
technetwork网站上就有一些支持JVMCI的JDK版本。

针对容器化服务的分布式存储实践

根据提案的描述,jaotc工具支持以下这些标记:

分布式关系型数据库架构探索

--module  Module to compile
--output  Output file name
--compile-commands  Name of file with compile commands
--compile-for-tiered Generated profiling code for tiered compilation
--classpath  Specify where to find user class files
--threads  Number of compilation threads to be used
--ignore-errors Ignores all exceptions thrown during class loading
--exit-on-error Exit on compilation errors
--info Print information during compilation
--verbose Print verbose information
--debug Print debug information
--help Print this usage message
--version Version information
-J Pass  directly to the runtime system

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服务端或C2编译器,它的编译临界值比较高,达到了10000,这有助于针对性能关键的方法生成高度优化的代码,这些方法由应用的关键执行路径来判定是否属于性能关键方法。

产品级的JVM有如下标记:

分层编译的五个层次

通过引进分层编译,OpenJDK HotSpot VM
用户可以通过使用服务端编译器改进启动时间获得好处。分层编译有五个编译层次。在第0层(解释层)启动,仪表在这一层提供了性能关键方法的信息。很快就会
到达第1层,简单的C1(客户端)编译器,它来优化这段代码。在第一层没有性能优化的信息。下面来到第2层,在此只有少数方法是编译过的(再提一下是通过
客户端编译器)。在第2层,为这些少数方法针对进入次数和循环分支收集性能分析信息。第3层将会看到由客户端编译器编译的所有方法及其全部性能优化信息,
最后的第4层只对C2自身有效,是服务端编译器。

+/-UseAOT            - Use AOT-compiled files
+/-PrintAOT          - Print used AOT klasses and methods
AOTLibrary=    - Specify the AOT library file

分层编译器以及代码缓存的效果

当使用客户端编译(第2层之前)时,代码在启动期间通过客户端编译器予以优化,此时关键执行路径保持预热。这有助于生成比解释型代码更好的性能优化信息。编译的代码存在在一个称为“代码缓存”的缓存里。代码缓存有固定的大小,如果满了,JVM将停止方法编译。

分层编译可以针对每一层设定它自己的临界值,比如-XX:Tier3MinInvocationThreshold,
-XX:Tier3CompileThreshold,
-XX:Tier3BackEdgeThreshold。第三层最低调用临界值为100。而未分层的C1的临界值为1500,与之对比你会发现会非常频繁
地发生分层编译,针对客户端编译的方法生成了更多的性能分析信息。于是用于分层编译的代码缓存必须要比用于不分层的代码缓存大得多,所以在OpenJDK
中用于分层编译的代码缓存默认大小为240MB,而用于不分层的代码缓存大小默认只有48MB。

如果代码缓存满了,JVM将给出警告标识,鼓励用户使用
–XX:ReservedCodeCacheSize 选项去增加代码缓存的大小。

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