Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化

賀蘊(yùn)彬

摘 要：文章闡述了Java虛擬機(jī)的概括，分析了Java虛擬機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)Java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。針對(duì)Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，文章做了深入分析。最后對(duì)Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化框架以圖示的方式進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：Java虛擬機(jī)；自適應(yīng)；動(dòng)態(tài)優(yōu)化

1 Java虛擬機(jī)概述

Java虛擬機(jī)（Java virtual machine）作為一種具有抽象意義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以在具體的計(jì)算機(jī)上對(duì)多種計(jì)算機(jī)功能進(jìn)行仿真模擬，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的需求。Java Virtual Machine具有中央處理器、寄存器以及堆棧等一套完備的硬件體系，也具備成熟的指令系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)Java程序可以在多種平臺(tái)上不需要修改就可以運(yùn)行，可以依托Java virtual machine，通過(guò)Java程序生成相應(yīng)代碼來(lái)運(yùn)行即可。

2 Java虛擬機(jī)的特點(diǎn)

通常，Java語(yǔ)言與其所運(yùn)行的平臺(tái)無(wú)關(guān)，這是Java語(yǔ)言的一個(gè)重要特點(diǎn)。其關(guān)鍵在于應(yīng)用了ava virtual machine。使用其他高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序，如果需要運(yùn)行在不同的平臺(tái)，則要編譯為多種不同的目標(biāo)程序。而借助ava virtual machine，java語(yǔ)言不需要重新編輯即可在不同平臺(tái)上運(yùn)行。Java virtual machine執(zhí)行目標(biāo)代碼時(shí)，把目標(biāo)代碼解讀為特定平臺(tái)上的機(jī)器指令來(lái)遵循。

3 Java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

Java virtual machine可以通過(guò)不同廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)，則因廠商的不同而造成Java virtual machine實(shí)現(xiàn)上的不同，但這不影響Java virtual machine的跨平臺(tái)特性，這是因?yàn)镴ava virtual machine獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)。

Java virtual machine內(nèi)部的抽象的體系結(jié)構(gòu)由存儲(chǔ)器、指令、數(shù)據(jù)類型和子系統(tǒng)組成。這些都提供了一種方式，可以對(duì)外部行為進(jìn)行定義。Java virtual machine的機(jī)制有兩種，類裝載系統(tǒng)用于裝載合適的類，運(yùn)行引擎用來(lái)執(zhí)行已經(jīng)裝載的類的指令。每個(gè)Java virtual machine由堆、方法區(qū)、程序計(jì)數(shù)器、Java棧以及被你的方法棧，同時(shí)，搭配了運(yùn)行引擎和類裝載共同構(gòu)成了Java virtual machine的體系結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。

4 Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化

Java virtual machine類似于抽象意義上的堆棧計(jì)算機(jī)，其作用是裝載類文件，然后運(yùn)行其目標(biāo)代碼，目標(biāo)代碼的操作次數(shù)都源于堆?！，F(xiàn)在，常見(jiàn)的處理器都采用寄存器結(jié)構(gòu)，所以，Java virtual machine要對(duì)這些針對(duì)堆棧的命令通過(guò)即時(shí)編輯機(jī)或解釋機(jī)進(jìn)行解釋，解讀為寄存器可以執(zhí)行的指令。在解釋和執(zhí)行的次序上是解釋一次執(zhí)行一次，并不包括解釋后的機(jī)器指令。如果需要多次執(zhí)行目標(biāo)程序，就要多次解釋執(zhí)行。但即時(shí)編譯機(jī)會(huì)把首次執(zhí)行的程序翻譯為本地程序，并在內(nèi)存中緩存代碼，后續(xù)可以再次調(diào)用而實(shí)現(xiàn)該方法的復(fù)用。

Java virtual machine可以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)去裝載，這種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)裝載類的模式促進(jìn)了Java的靈活的網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。Java virtual machine既能裝載本地的類程序，也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的類進(jìn)行裝載。Java virtual machine為了安全地管理這些不同裝載器裝載的類，對(duì)其擬定了不同的名字，以此，Java virtual machine能夠依照名字把代碼列入不同的類型，然后對(duì)不同類型的代碼執(zhí)行不同的操作。

作為Java virtual machine的重要優(yōu)化方法的內(nèi)聯(lián)，難以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)編程語(yǔ)言。所以，基于Java的程序可以在運(yùn)行的同時(shí)改變不同的調(diào)用模式，也可以動(dòng)態(tài)裝載不同的Java程序以應(yīng)對(duì)不同的需求。

面向全局進(jìn)行分析的內(nèi)聯(lián)，因?yàn)閯?dòng)態(tài)的裝載而增加了復(fù)雜性。程序的全局關(guān)系被其改變，則新加載的類程序就需要被內(nèi)聯(lián)。因此，Java virtual machine要?jiǎng)討B(tài)的優(yōu)化之前優(yōu)化過(guò)的程序，或者在執(zhí)行熱點(diǎn)代碼的同時(shí)，進(jìn)行這種動(dòng)態(tài)優(yōu)化。否則，一般的內(nèi)聯(lián)優(yōu)化就不能系統(tǒng)地進(jìn)行執(zhí)行。

5 Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化框架

Trace緩沖區(qū)、插樁器和動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略挑選機(jī)共同構(gòu)成了Java虛擬機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化框架。在即時(shí)編譯機(jī)中，插樁器執(zhí)行對(duì)訪問(wèn)對(duì)象的指令開(kāi)展插樁，來(lái)獲取Java對(duì)訪問(wèn)對(duì)象的相關(guān)信息。程序運(yùn)行中的對(duì)象信息存放在Trace緩沖區(qū)里。動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略挑選機(jī)參展緩沖區(qū)里的信息動(dòng)態(tài)選擇對(duì)Java程序的自適應(yīng)優(yōu)化策略。

上圖描述了Trace緩沖區(qū)的構(gòu)成。這是48KB的緩沖區(qū)，其中的每一個(gè)單元是12字節(jié)。緩沖區(qū)的寫入是自上而下。緩沖區(qū)的頂部和底部分別用不同的名稱代表（如圖所示）。緩沖區(qū)再向下部分不可寫。應(yīng)用程序把數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，溢出后，就產(chǎn)生錯(cuò)誤代碼。即時(shí)編輯機(jī)編譯Java目標(biāo)代碼，把與平臺(tái)無(wú)關(guān)的代碼翻譯為與平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器指令。編譯器會(huì)在編譯時(shí)識(shí)別該模式中的指令，并對(duì)應(yīng)開(kāi)始插樁，同時(shí)手機(jī)訪問(wèn)對(duì)象的情況。編輯后，Java程序在運(yùn)行的過(guò)程中把訪問(wèn)對(duì)象的信息灌輸?shù)骄彌_區(qū)里，寫滿緩沖區(qū)后，程序提醒，Java virtual machine獲取提醒，然后通知?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化策略挑選器來(lái)執(zhí)行優(yōu)化。優(yōu)化后，Java程序返回起始點(diǎn)再執(zhí)行。

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