JIT编译优化
深入理解即时编译器工作原理，掌握JIT编译优化技术，提升Java应用性能
学习目标
- 理解JIT编译器工作原理和编译过程
- 掌握热点代码识别和编译触发机制
- 学会JIT编译优化技术和应用场景
- 分析编译日志，诊断编译问题
- 编写JIT友好的代码，提升编译效果
JIT编译器概述
JIT（Just-In-Time）编译器是Java虚拟机的核心组件之一，它在程序运行时将字节码编译为本地机器码，从而显著提升程序执行性能。与传统的静态编译不同，JIT编译器能够根据程序的实际运行情况进行动态优化。
JIT编译器通过运行时收集的性能数据，对热点代码进行激进的优化，这些优化在静态编译时是无法实现的。
性能提升
将解释执行的字节码编译为高效的本地机器码，性能提升可达10-100倍
动态优化
基于运行时数据进行优化，包括内联、逃逸分析、循环优化等
平衡策略
在编译时间和执行性能之间找到最佳平衡点
JIT编译原理
编译触发机制
JIT编译器通过热点检测来识别需要编译的代码。当方法或循环的执行次数达到特定阈值时，就会触发编译过程。
- 方法调用计数器：记录方法被调用的次数
- 回边计数器：记录循环回边的执行次数
- 编译阈值：触发编译的计数器阈值
- 热度衰减：长时间未执行的代码热度会逐渐降低
编译层次
HotSpot虚拟机采用分层编译策略，包含多个编译层次：
层次0：解释执行
直接解释执行字节码，收集性能数据
层次1-3：C1编译
客户端编译器，快速编译，基础优化
层次4：C2编译
服务端编译器，深度优化，高性能代码
C1和C2编译器
C1编译器（客户端编译器）
C1编译器注重编译速度，能够快速将字节码编译为本地代码，适合启动性能要求高的应用。
- 快速编译：编译速度快，启动时间短
- 基础优化：进行基本的优化，如常量折叠、死代码消除
- 性能监控：收集详细的性能数据供C2编译器使用
- 适用场景：桌面应用、短时间运行的程序
C2编译器（服务端编译器）
C2编译器进行深度优化，生成高质量的本地代码，适合长时间运行的服务端应用。
- 深度优化：进行激进的优化，如内联、逃逸分析
- 高质量代码：生成高性能的本地机器码
- 编译时间长：优化过程复杂，编译时间较长
- 适用场景：服务端应用、长时间运行的程序
编译优化技术
方法内联
方法内联是JIT编译器最重要的优化技术之一，它将方法调用替换为方法体的直接执行，消除了方法调用的开销。
方法体较小、调用频繁、非虚方法或可以去虚化的虚方法都是内联的候选。
逃逸分析
逃逸分析判断对象的作用域，如果对象不会逃逸出方法或线程，就可以进行栈上分配、标量替换等优化。
- 栈上分配：将对象分配在栈上而不是堆上
- 标量替换：将对象拆分为基本类型变量
- 同步消除：消除不必要的同步操作
循环优化
循环是程序中的热点代码，JIT编译器对循环进行多种优化：
- 循环展开：减少循环控制开销
- 循环不变量外提：将不变计算移出循环
- 循环向量化：利用SIMD指令并行执行
- 循环剥离：处理边界条件
编译日志分析
通过分析JIT编译日志，我们可以了解编译过程、优化效果和性能瓶颈。
启用编译日志
使用以下JVM参数启用编译日志：
-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -XX:+PrintInlining
日志解读
- 编译时间：方法编译所花费的时间
- 编译层次：使用的编译器层次
- 内联信息：哪些方法被内联，哪些被拒绝
- 去优化：编译代码被废弃的原因
实战演练
通过实际的代码示例，我们来观察JIT编译器的工作过程和优化效果。
包含JIT编译演示、热点检测、优化效果对比等多个实验案例，帮助你深入理解JIT编译原理。
编写JIT友好的代码
了解JIT编译器的工作原理后，我们可以编写更加JIT友好的代码，提升编译优化效果。
最佳实践
- 保持方法简短：小方法更容易被内联
- 避免过度抽象：减少不必要的虚方法调用
- 使用final关键字：帮助编译器进行优化
- 减少对象创建：降低GC压力，提升性能
- 预热代码：让热点代码尽早被编译
性能监控
使用性能监控工具观察JIT编译效果：
- JProfiler：可视化JIT编译信息
- JConsole：监控编译活动
- 命令行工具：使用jstat观察编译统计
- 性能测试：对比编译前后的性能差异