一、分层编译
public class JIT1 {
// -XX:+PrintCompilation -XX:-DoEscapeAnalysis
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 200; i++) {
long start = System.nanoTime();
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
new Object();
}
long end = System.nanoTime();
System.out.printf("%d\t%d\n",i,(end - start));
}
}
}
JVM 将执行状态分成了 5 个层次：
0 层，解释执行（Interpreter）
1 层，使用 C1 即时编译器编译执行（不带 profiling）
2 层，使用 C1 即时编译器编译执行（带基本的 profiling）
3 层，使用 C1 即时编译器编译执行（带完全的 profiling）
4 层，使用 C2 即时编译器编译执行
profiling 是指在运行过程中收集一些程序执行状态的数据，例如【方法的调用次数】，【循环的回边次数】等
即时编译器（JIT）与解释器的区别：
- 解释器是将字节码解释为机器码，下次即使遇到相同的字节码，仍会执行重复的解释
- JIT 是将一些字节码编译为机器码，并存入 Code Cache，下次遇到相同的代码，直接执行，无需再编译
- 解释器是将字节码解释为针对所有平台都通用的机器码
- JIT 会根据平台类型，生成平台特定的机器码
对于占据大部分的不常用的代码，我们无需耗费时间将其编译成机器码，而是采取解释执行的方式运行；另一方面，对于仅占据小部分的热点代码，我们则可以将其编译成机器码，以达到理想的运行速度。 执行效率上简单比较一下Interpreter < C1 < C2，总的目标是发现热点代码（hotspot名称的由来），优化之
以上代码在C2编译器中执行了逃逸分析的优化，因为new Object不会逃离出该方法，则不会再继续创建对象，时间就降低了很多。
可以使用 -XX:-DoEscapeAnalysis 关闭逃逸分析。
二、方法内联（Inlining）
private static int square(final int i) {
return i * i;
}
System.out.println(square(9));
如果发现 square 是热点方法，并且长度不太长时，会进行内联，所谓的内联就是把方法内代码拷贝、粘贴到调用者的位置：System.out.println(9 * 9);
还能够进行常量折叠（constant folding）的优化:System.out.println(81);
public class JIT2 {
// -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintInlining -XX:CompileCommand=dontinline,*JIT2.square
// -XX:+PrintCompilation
public static void main(String[] args) {
int x = 0;
for (int i = 0; i < 500; i++) {
long start = System.nanoTime();
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
x = square(9);
}
long end = System.nanoTime();
System.out.printf("%d\t%d\t%d\n",i,x,(end - start));
}
}
private static int square(final int i) {
return i * i;
}
}
- -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintInlining （解锁隐藏参数）打印
inlining 信息 - -XX:CompileCommand=dontinline,*JIT2.square 禁止某个方法 inlining
- -XX:+PrintCompilation 打印编译信息
三、字段优化
创建 maven 工程，添加依赖如下
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-core</artifactId>
<version>${jmh.version}</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
<version>${jmh.version}</version>
<scope>provided</scope>
</dependency>
编写基准测试代码：
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
@Warmup(iterations = 2, time = 1)
@Measurement(iterations = 5, time = 1)
@State(Scope.Benchmark)
public class Benchmark1 {
int[] elements = randomInts(1_000);
private static int[] randomInts(int size) {
Random random = ThreadLocalRandom.current();
int[] values = new int[size];
for (int i = 0; i < size; i++) {
values[i] = random.nextInt();
}
return values;
}
@Benchmark
public void test1() {
for (int i = 0; i < elements.length; i++) {
doSum(elements[i]);
}
}
@Benchmark
public void test2() {
int[] local = this.elements;
for (int i = 0; i < local.length; i++) {
doSum(local[i]);
}
}
@Benchmark
public void test3() {
for (int element : elements) {
doSum(element);
}
}
static int sum = 0;
@CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
static void doSum(int x) {
sum += x;
}
public static void main(String[] args) throws RunnerException {
Options opt = new OptionsBuilder()
.include(Benchmark1.class.getSimpleName())
.forks(1)
.build();
new Runner(opt).run();
}
}
首先启用 doSum 的方法内联，测试结果如下（每秒吞吐量，分数越高的更好）：
Benchmark Mode Samples Score Score error Units
t.Benchmark1.test1 thrpt 5 2420286.539 390747.467 ops/s
t.Benchmark1.test2 thrpt 5 2544313.594 91304.136 ops/s
t.Benchmark1.test3 thrpt 5 2469176.697 450570.647 ops/s
接下来禁用 doSum 方法内联
@CompilerControl(CompilerControl.Mode.DONT_INLINE)
static void doSum(int x) {
sum += x;
}
测试结果如下：
Benchmark Mode Samples Score Score error Units
t.Benchmark1.test1 thrpt 5 296141.478 63649.220 ops/s
t.Benchmark1.test2 thrpt 5 371262.351 83890.984 ops/s
t.Benchmark1.test3 thrpt 5 368960.847 60163.391 ops/s
分析：
在刚才的示例中，doSum 方法是否内联会影响 elements 成员变量读取的优化：
如果 doSum 方法内联了，刚才的 test1 方法会被优化成下面的样子（伪代码）：
@Benchmark
public void test1() {
// elements.length 首次读取会缓存起来 -> int[] local
for (int i = 0; i < elements.length; i++) { // 后续 999 次 求长度 <- local
sum += elements[i]; // 1000 次取下标 i 的元素 <- local
}
}
可以节省 1999 次 Field 读取操作,但如果 doSum 方法没有内联，则不会进行上面的优化
四、反射优化
public class Reflect1 {
public static void foo() {
System.out.println("foo...");
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, IOException {
Method foo = Reflect1.class.getMethod("foo");
for (int i = 0; i <= 16; i++) {
System.out.printf("%d\t", i);
foo.invoke(null);
}
System.in.read();
}
}
foo.invoke 前面 0 ~ 15 次调用使用的是 MethodAccessor 的 NativeMethodAccessorImpl 实现
class NativeMethodAccessorImpl extends MethodAccessorImpl {
private final Method method;
private DelegatingMethodAccessorImpl parent;
private int numInvocations;
NativeMethodAccessorImpl(Method var1) {
this.method = var1;
}
public Object invoke(Object var1, Object[] var2) throws IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
// inflationThreshold 膨胀阈值，默认 15
if (++this.numInvocations > ReflectionFactory.inflationThreshold() && !ReflectUtil.isVMAnonymousClass(this.method.getDeclaringClass())) {
// 使用 ASM 动态生成的新实现代替本地实现，速度较本地实现快 20 倍左右
MethodAccessorImpl var3 = (MethodAccessorImpl)(new MethodAccessorGenerator()).generateMethod(this.method.getDeclaringClass(), this.method.getName(), this.method.getParameterTypes(), this.method.getReturnType(), this.method.getExceptionTypes(), this.method.getModifiers());
this.parent.setDelegate(var3);
}
// 调用本地实现
return invoke0(this.method, var1, var2);
}
void setParent(DelegatingMethodAccessorImpl var1) {
this.parent = var1;
}
private static native Object invoke0(Method var0, Object var1, Object[] var2);
}
当调用到第 16 次（从0开始算）时，会采用运行时生成的类代替掉最初的实现，可以通过 debug 得到类名为 sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1
可以使用阿里的 arthas 工具查看详细信息：
java -jar arthas-boot.jar
[INFO] arthas-boot version: 3.1.1
[INFO] Found existing java process, please choose one and hit RETURN.
* [1]: 13065 com.hcx.jvm.reflect.Reflect1
sun.reflect.noInflation 可以用来禁用膨胀（直接生成GeneratedMethodAccessor1，但首次生成比较耗时，如果仅反射调用一次，不划算）sun.reflect.inflationThreshold 可以修改膨胀阈值
