JVM解释和编译指南

JVM解释和编译指南

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Java 是一种跨平台的编程语言。

程序源代码会被编译为 字节码bytecode，然后字节码在运行时被转换为 机器码machine code。解释器interpreter 在物理机器上模拟出的抽象计算机上执行字节码指令。

即时just-in-time（JIT）编译发生在运行期，而 预先ahead-of-time（AOT）编译发生在构建期。

本文将说明解释器、JIT 和 AOT 分别何时起作用，以及如何在 JIT 和 AOT 之间权衡。

源代码、字节码、机器码

应用程序通常是由 C、C++ 或 Java 等编程语言编写。用这些高级编程语言编写的指令集合称为源代码。源代码是人类可读的。要在目标机器上执行它，需要将源代码转换为机器可读的机器码。这个转换工作通常是由 编译器compiler 来完成的。

然而，在 Java 中，源代码首先被转换为一种中间形式，称为字节码。字节码是平台无关的，所以 Java 被称为平台无关编程语言。Java 编译器javac将源代码转换为字节码。然后解释器解释执行字节码。

下面是一个简单的 Java 程序,Hello.java：

//Hello.java
public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
         System.out.println("Inside Hello World!");
    }
}

使用javac编译它，生成包含字节码的Hello.class文件。

$ javac Hello.java
$ ls
Hello.class  Hello.java

现在，使用javap来反汇编Hello.class文件的内容。使用javap时如果不指定任何选项，它将打印基本信息，包括编译这个.class文件的源文件、包名称、公共和受保护字段以及类的方法。

$ javap Hello.class
Compiled from "Hello.java"
public class Hello {
    public Hello;
    public static void main(java.lang.String[]);
}

要查看.class文件中的字节码内容，使用-c选项：

$ javap -c Hello.class
Compiled from "Hello.java"
public class Hello {
  public Hello;
        Code:
           0: aload_0
           1: invokespecial #1                      // Method java/lang/Object."

要获取更详细的信息，使用-v选项：

$ javap -v Hello.class

解释器，JIT 和 AOT

解释器负责在物理机器上模拟出的抽象计算机上执行字节码指令。当使用javac编译源代码，然后使用java执行时，解释器在程序运行时运行并完成它的目标。

$ javac Hello.java
$ java Hello
Inside Hello World!

JIT 编译器也在运行期发挥作用。当解释器解释 Java 程序时，另一个称为运行时 分析器profiler 的组件将静默地监视程序的执行，统计各部分代码被解释的次数。基于这些统计信息可以检测出程序的 热点hotspot，即那些经常被解释的代码。一旦代码被解释次数超过设定的阈值，它们满足被 JIT 编译器直接转换为机器码的条件。所以 JIT 编译器也被称为分析优化的编译器。从字节码到机器码的转换是在程序运行过程中进行的，因此称为即时编译。JIT 减少了解释器将同一组指令模拟为机器码的负担。