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1. 字节码是如何运行的

    Java有两种运行模式，分别是：

• 解释执行：由解释器一行一行翻译执行；

• 编译执行：把字节码编译成机器码，直接执行机器码

2. 解释执行VS编译执行

    解释执行：

• 优势在于没有编译的等待时间
  

• 由于一行一行的去翻译，性能相对就差一些

    编译执行：

• 运行效率会高很多，一般认为比解释执行快一个数量级
  

• 带来了额外的开销，比如说内存开销、CPU开销等

3. 查看Java运行模式

    使用“java -version”命令查看运行模式，如下所示：

    上图中可以看到运行模式mixed mode，mixed mode是混合模型，意思是部分代码解释执行，部分代码编译执行。

    -Xint：设置JVM的执行模式为解释执行模式

    如果想让springboot项目以解释模式执行，可以使用“java -Xint xxx.jar”就可以了。

    -Xcomp：JVM优先以编译模式执行，不能编译的，以解释模式执行

    -Xmixed：JVM以混合模式运行，默认就是该模式

    一般情况下Java代码一开始由解释器解释执行，当虚拟机发现某个方法或者某个代码块在频繁的运行的时候，就会认为这些代码是“热点代码”，为了提升热点代码的执行效率，会用即时编译器（也就是经常看到的JIT）把这些热点代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各层次的优化。

4. HotSpot的即时编译器

    C1编译器：

• 是一个简单快速的编译器
  

• 主要关注局部性的变化
  

• 适用于执行时间较短或对启动性能有要求的程序。例如：GUI应用对界面的启动就有一定的要求（IDEA）
  

• 也被称为是Client Compiler
  

    C2编译器：

• 是为长期运行的服务器端应用程序做性能调优的编译器（比如SpringBoot程序）
  

• 适用于执行时间较长或对峰值性能有要求的程序
  

• 也被称为Server Compiler

5. 分层编译

• 0级别：解释执行
  

• 1级别：简单C1编译，会用C1编译器做一些简单的优化，不开启Profiling（JVM的性能监控）
  

• 2级别：受限的C1编译，仅执行带有方法调用次数以及循环回边执行次数Profiling的C1编译
  

• 3级别：完全C1编译，会执行所有带有Profiling的C1代码
  

• 4级别：使用C2编译器进行优化，该级别会启用一些编译时间较长的优化，一些情况下会根据性能监控信息进行一些非常激进的优化
  

    一般来说级别越高，应用启动越慢，优化的开销越高，峰值性能也越高。默认情况下，JDK8是开启分层编译的，如果只想开启C2，不想使用C1，可以使用下面参数禁止中间编译层（123层）：

    只开启C2：-XX:-TieredCompilation

    只开启C1：-XX:+TieredCompilation -XX:TieredStopAtLevel=1

6. 如何找到热点代码

    目前来说业界找到热点代码的思路有以下两种：

• 基于采样的热点探测：周期检查各个线程的栈顶，如果发现某些方法一直出现在栈顶，说明这个方法是热点方法

• 基于计数器的热点探测：为每个方法或代码块建立计数器，统计执行的次数，如果超过一定的阈值，就说明是热点代码（HotSpot虚拟机使用的就是这种探测机制）

7. HotSpot内置的两类计数器

• 方法调用计数器：用于统计方法被调用的次数，在不开启分层编译的情况下，在C1编译器下的默认阈值是1500次，在C2编译器下默认是1000次，可以使用-XX:CompileThreshold=x指定阈值
  

• 回边计数器：用于统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边”（Back Edge）。在不开启分层编译的情况下，在C1编译器下的默认阈值是13995次，在C2编译器下默认是10700次。可使用-XX:OnStackReplacePercentage=x指定阈值，建立回边计数器的目的主要是为了触发OSR（On-Stack Replacement）编译，参考文档为：

  https://www.zhihu.com/question/45910849/answer/100636125
  

    方法调用计数器流程：

    如果不做任何设置，方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。当超过一定的时间限度，如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计数器热度的衰减，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期。进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的，可以使用虚拟机参数-XX:-UseCounterDecay来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数，这样只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码。另外，可以使用-XX:CounterHalfLifeTime参数设置半衰周期的时间，单位是秒。

    回边计数器流程：

8. 总结

    本节主要介绍了编译器优化相关的解释运行、编译运行、JVM内置的两款即时编译器、分层编译、热点代码查找内容，本节的概念对于高级开发人员是必须要掌握的基础内容，对于涉及到的JVM参数用时查询即可，本节涉及到的JVM参数如下所示：