每日一面 - 聊一聊Java为何需要平衡方法调用与内联

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-01-10 14:44 62阅读 0赞

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在 Java 中，**方法调用**一般通过 Virtual Call 还有 Classic Call。

**Classic Call** 就是直接指向方法的地址，需要一次寻址到方法的地址，比直接执行代码慢。

**Virtual Call** 需要通过 VMT(Virtual Method Table)。这个VMT存储的是该class对象中所有的Virtual Method，程序运行的时候首先加载实例对象，然后通过实例对象找到VMT，通过VMT再找到对应的方法地址，再执行代码。所以比 Classic Call 更慢。

**Java 中除了 static 方法，private 方法以及构造器是 Classic Call 之外，基本都是 Virtual Call**。

为了优化，JVM 运行时，JVM使用混合模式来从字节码转换成机器可以运行的机器码，**混合模式包括解释器和JIT**：

**解释器工作机制：**

![image][]

在编译时，主要是将java源代码文件编译为java统一的字节码，但是编译成的字节码并不能直接运行，而是通过JVM读取运行。JVM中的**解释器**就是将.class文件一行一行翻译之后再运行，翻译就是转换成**当前机器可以运行的机器码**，它不会一次性把整个文件都翻译过来，而是翻译一句，执行一句，再翻译，再执行，所以解释器的程序运行起来会比较慢，每次都要解释之后再执行。所以，有些时候，我们想是否可以把解释之后的内容缓存起来，这样不就可以直接运行了？但是，如果每段代码都要缓存起来，例如仅仅执行一次的代码也缓存起来，这样太浪费内存了。所以，引入一个新的运行时编译器，JIT来解决这些问题，加速热点代码的执行。

**JIT运行时编译器工作机制：**  
![image][image 1]

J**IT针对热点代码，进行编译与深度优化，优化后的机器码会被缓存起来，存入CodeCache(代码高速缓存)中**。对于非热点代码，例如只运行一次的代码（类构造器等等），直接解释执行，更加快速。JIT不仅花更多时间去编译优化，而且还多耗费了很多内存。字节码转换为可执行的机器码，大小会大很多很多倍。这也是为啥，解释器每次都要翻译并且执行，JIT只针对热点代码进行编译优化的原因。JIT编译器执行的一些常见优化操作包括数据分析，从堆栈操作到寄存器操作的转换，通过寄存器分配减少内存访问，消除常见子表达式等。**JIT编译器进行的优化程度越高，在执行阶段花费的时间越多**。因此，JIT编译器无法承担所有静态编译器所做的优化，这不仅是因为增加了执行时间的开销，而且还因为它只对程序进行了限制。这也就解释了为什么有些JVM会选择不总是做JIT编译，而是选择用解释器+JIT编译器的混合执行引擎。

JIT其中一项很重要的优化就是内联: 内联是将较小方法的树合并或“内联”到其调用者的树中的过程。这样可以加速频繁执行的方法调用。不同分层优化阶段，使用的算法不同。主要包括：

*  Trivial方法内联
 *  调用图内联
 *  尾部递归消除
 *  虚拟调用优化

这样省略了 calling method。但是，如果将所有方法都内联的话，编译出来的机器码会很大很大，内存占用会急剧增高，效率低下。所以，需要 JIT 把握好这个优化的度

**总结起来就是**：JIT 是即时优化并编译代码，优化代码包括内联，编译后的代码保存在内存中，也就是代码高速缓存，编译后的代码是很大的，所以不能所有代码都编译，需要是热点代码。并且，内联也会将这个方法变得更大。代码高速缓存也是需要清理的，代码高速缓存占用过高，也会增加清理概率，因为你可能几个方法都是高频执行，但是编译之后占用过大导致超过代码高速缓存限制，那么会发生代码高速缓存清理，就是代码缓存中的编译代码一直在换。清理代码高速缓存，**会让所有线程进入 Safepoint，然后才能清理，也就是 stop the world**。内联过多，方法变大，**这种清理频率也会变大**。

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