在完成將class文件信息加載到JVM并產(chǎn)生Class對象后，就可執(zhí)行Class對象的靜態(tài)方法或?qū)嵗瘜ο筮M行調(diào)用了。在源碼編譯階段將源碼編譯為JVM字節(jié)碼，JVM字節(jié)碼是一種中間代碼的方式，要由JVM在運行期對其進行解釋并執(zhí)行，這種方式成為字節(jié)碼解釋執(zhí)行方式

字節(jié)碼解釋執(zhí)行

由于采用的為中間碼的方式，JVM有一套自己的指令，對于面向?qū)ο蟮恼Z言而言，最重要的是執(zhí)行方法的指令，JVM采用了invokestatic、invokevirtual、invokeinterface、invokespecial四個指令來執(zhí)行不同的方法調(diào)用。invokestatic對應(yīng)的是調(diào)用static方法，invokevirtual對應(yīng)的是調(diào)用對象實例的方法，invokeinterface對應(yīng)的是調(diào)用接口的方法，invokespecial對應(yīng)的是調(diào)用private方法和編譯源碼后生成的方法，此方法為對象實例化時的初始化方法(構(gòu)造方法)。

Sun

JDK基于棧的體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行字節(jié)碼，基于棧方式的好處是代碼緊湊，體積小。線程在創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生程序計數(shù)器(PC)和棧(Stack)：PC存放了下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中存放了棧幀，每個方法每次調(diào)用都會產(chǎn)生棧幀。棧幀主要分為局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的中間結(jié)果，棧幀中還會有一些雜用空間，例如指向方法已解析的常量池的引用、其他一些VM內(nèi)部實現(xiàn)需要的數(shù)據(jù)等。

1、指令解釋執(zhí)行

對于方法的指令解釋執(zhí)行，執(zhí)行方式為經(jīng)典馮諾依曼體系中的FDX循環(huán)方法，即獲取下一條指令，解碼并分派，然后執(zhí)行。在實現(xiàn)FDX循環(huán)式有switch-threading、token-threading、direct-threading、subroutine-threading、inline-threading等多種方式。Sun

JDK的重點為編譯成機器碼，并沒有在解釋器上做太復(fù)雜的處理，因此采用了token-threading方式。為了讓解釋執(zhí)行能更加高效，Sun

JDK還做了一些其他的優(yōu)化，主要有：棧頂緩存和部分棧幀共享。

2、棧頂緩存

在方法的執(zhí)行過程中，可看到有很多操作要將值放入操作數(shù)棧，這導(dǎo)致了寄存器和內(nèi)存要不斷的交換數(shù)據(jù)，Sun

JDK采用了一個棧頂緩存，即將本來位于操作數(shù)棧的值直接緩存在寄存器上，這對于大部分只需要一個值的操作而言，無需將數(shù)據(jù)放入操作數(shù)棧，可直接在寄存器計算，然后放回操作數(shù)棧。

3、部分棧幀共享

當(dāng)一個方法調(diào)用另一個方法時，通常傳入另一個方法的參數(shù)為已存放在操作數(shù)棧的數(shù)據(jù)，Sun

JDK在此做了一個優(yōu)化，就是當(dāng)調(diào)用方法時，后一方法可將前一方法的操作數(shù)棧作為當(dāng)前方法的局部變量，從而節(jié)省數(shù)據(jù)copy帶來的消耗。

編譯執(zhí)行

編譯執(zhí)行的效率較低，為提升代碼的執(zhí)行性能，SunJDK提供將字節(jié)碼編譯為機器碼的支持，編譯在運行時進行，通常稱為JIT編譯器。SunJDK在執(zhí)行過程中對執(zhí)行頻率高的代碼進行編譯，對執(zhí)行不頻繁的代碼則繼續(xù)采用解釋執(zhí)行的方式，因此SunJDK又稱為Hotspot

VM，在編譯上SunJDK提供了兩種模式client compiler(-client)和server

compiler(-server)。

client

compliler又稱為C1，較為輕量級，只做少量性能開銷比高的優(yōu)化，它占用內(nèi)存較少，適合桌面交互式應(yīng)用，在寄存器分配策略上，JDK6以后采用的為線性掃描寄存器分配算法，在其他方面的優(yōu)化主要有：方法內(nèi)嵌、去虛擬化、冗余消除等。

1、方法內(nèi)聯(lián)

對于java面向?qū)ο蟮恼Z言，通常要調(diào)用多個方法來完成功能，執(zhí)行時，要經(jīng)歷多次參數(shù)傳遞，返回值傳遞及跳轉(zhuǎn)等，于是C1采用了方法內(nèi)聯(lián)的方式，即把調(diào)用到的方法的指令直接植入到當(dāng)前的方法中。(可在debug版本的JDK的啟動參數(shù)加速-XX:PrintInlining來查看方法內(nèi)聯(lián)的信息)

2、去虛擬化

去虛擬化是指在裝載class文件后，進行類層次的分析，如發(fā)現(xiàn)類中的方法只提供一個實現(xiàn)類，那么對于調(diào)用此方法的代碼，也可進行方法內(nèi)聯(lián)，從而提升執(zhí)行的性能。

3、冗余消除

冗余消除是指在編譯時，根據(jù)運行時狀況進行代碼折疊或消除。如某個判斷條件為false則可將條件內(nèi)的代碼消除。

Server

Compiler又稱為C2，較為重量級，C2采用了大量傳統(tǒng)編譯優(yōu)化技巧，占用內(nèi)存會相對多，適用于服務(wù)器應(yīng)用。和C1不同的主要是寄存器分配策略和優(yōu)化的范圍，寄存器分配策略上C2采用的為傳統(tǒng)的圖著色寄存器分配算法：由于C2會收集程序的運行信息(收集的信息主要有，分支的跳轉(zhuǎn)/不跳轉(zhuǎn)的頻率，某條指令出新過的類型、是否出現(xiàn)過控制、是否出現(xiàn)過一場)，因此其優(yōu)化的范圍更多在于全局的優(yōu)化，而不僅僅是一個方法塊的優(yōu)化。

逃逸分析是C2進行很多優(yōu)化的基礎(chǔ)，逃逸分析是指根據(jù)運行狀況來判斷方法中的變量是否會被外部讀取，如不會則認(rèn)為此變量是逃逸的，基于逃逸分析C2在編譯時會做標(biāo)量替換、棧上分配和同步消除等優(yōu)化。

1、標(biāo)量替換

變量替換的意思簡單來說就是用標(biāo)量替換聚合量。這種方式能帶來的好處是，如果創(chuàng)建的對象并未用到其中的全部變量，則可以節(jié)省一定的內(nèi)存。

2、棧上分配

如果變量沒有逃逸，那么C2會選擇在棧上直接創(chuàng)建對象實例，而不是在JVM堆上，在棧上分配的好處一方面是更加快速，另一方面是回收時隨著方法的結(jié)束，對象也被回收了。

3、同步消除

同步消除是指如果發(fā)現(xiàn)同步的對象未逃逸，那也沒有同步的必要了，在C2編譯時會直接去掉同步。

除了C1\C2外，還有一種較為特殊的編譯：OSR(On

Stack

Replace)。OSR和C1、C2的最主要的不同點在于OSR編譯只替換循環(huán)代碼體的入口，而C1、C2替換的是方法調(diào)用的入口，因此在OSR編譯后會出現(xiàn)的現(xiàn)象是方法的整段代碼都被編譯了，但在只有循環(huán)代碼體部分才執(zhí)行編譯后的機器碼，其他部分仍然是是解釋執(zhí)行方法。

默認(rèn)情況下，SunJDK根據(jù)機器配置來選擇C1或C2模式，當(dāng)機器配置CPU超過2核且內(nèi)存超過2GB及默認(rèn)為C2模式，但在32位機器上時鐘選擇的都是C1模式，也可在啟動時通過增加-client或-server來強制指定。

SunJDK為提升程序執(zhí)行性能，在C1好C2上做了很多努力，其他各種實現(xiàn)的JVM也在編譯執(zhí)行上做了很多的優(yōu)化，SunJDK之所以未選擇在啟動時即編譯成機器碼，主要是因為：靜態(tài)編譯并不能根據(jù)程序的運行狀況來優(yōu)化執(zhí)行的代碼，C2這種方式是根據(jù)運行狀況來進行動態(tài)編譯的，如分支判斷、逃逸分析等，這些措施會提升程序執(zhí)行的性能，在靜態(tài)編譯的情況下是無法實現(xiàn)的，給C2收集運行數(shù)據(jù)越長時間，編譯出的代碼也會越優(yōu)；解釋執(zhí)行比編譯執(zhí)行更節(jié)省內(nèi)存；啟動時解釋執(zhí)行的啟動速度比編譯在啟動更快。

當(dāng)程序在未編譯期間解釋執(zhí)行會比較慢，因此需要取一個權(quán)衡值，在SunJDK中主要依據(jù)方法上的兩個計數(shù)器是否超過閾值，其中一個計數(shù)器為調(diào)用計數(shù)器，即方法被調(diào)用的次數(shù)；另一個為回邊計數(shù)器，即方法中循環(huán)執(zhí)行部分代碼的執(zhí)行次數(shù)。下面介紹兩個計數(shù)器對應(yīng)的閾值

(1)ComplieThresold

該值是指方法被調(diào)用多少次后，就編譯為機器碼，在client模式下默認(rèn)為1500次，在server模式下為10000次，可通過在啟動時天機-XX:CompilerThreshold=10000來設(shè)置該值

(2)OnStackReplacePercentage

該值用于計算是否觸發(fā)OSR編譯的閾值，默認(rèn)模式下client為933，server模式下為140，該值可通過在啟動時添加-XX:OnStackReplacePercetage=140來設(shè)置。

反射執(zhí)行

反射執(zhí)行是Java的亮點之一，基于反射可動態(tài)調(diào)用某對象實例中對應(yīng)的方法、訪問查看對象的屬性等，無需再編寫代碼時就確定要創(chuàng)建的對象。這使得Java可以很靈活的實現(xiàn)對象的調(diào)用，例如MVC框架中通常要調(diào)用實現(xiàn)類中的execute方法，但框架在編寫時是無法知道實現(xiàn)類的，在Java中則可以通過反射機制直接去調(diào)用應(yīng)用類的實現(xiàn)類中的execute方法。

這種方式對于框架之類的代碼而言非常重要，反射和直接創(chuàng)建對象實例調(diào)用方法的最大不同在于創(chuàng)建的過程、方法調(diào)用的過程是動態(tài)的。這也是的采用反射生成執(zhí)行方法調(diào)用的代碼并不像直接調(diào)用實例對象代碼，編譯后就可直接生成對象方法調(diào)用的字節(jié)碼，而是只能生成調(diào)用JVM反射實現(xiàn)的字節(jié)碼了。

要實現(xiàn)動態(tài)的調(diào)用，最直接的方法就是動態(tài)生成字節(jié)碼，并加載到JVM中執(zhí)行，SunJDK采用的即為這種方法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java 执行机制_Java类的执行机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。