Java虚拟机的自适应动态优化

贺蕴彬

摘 要：文章阐述了Java虚拟机的概括，分析了Java虚拟机的特点，对Java虚拟机的体系结构进行了描述。针对Java虚拟机的自适应动态优化，文章做了深入分析。最后对Java虚拟机的自适应动态优化框架以图示的方式进行了研究。

关键词：Java虚拟机；自适应；动态优化

1 Java虚拟机概述

Java虚拟机（Java virtual machine）作为一种具有抽象意义的计算机系统，可以在具体的计算机上对多种计算机功能进行仿真模拟，以此来实现特定的需求。Java Virtual Machine具有中央处理器、寄存器以及堆栈等一套完备的硬件体系，也具备成熟的指令系统。为了实现Java程序可以在多种平台上不需要修改就可以运行，可以依托Java virtual machine，通过Java程序生成相应代码来运行即可。

2 Java虚拟机的特点

通常，Java语言与其所运行的平台无关，这是Java语言的一个重要特点。其关键在于应用了ava virtual machine。使用其他高级语言编写的程序，如果需要运行在不同的平台，则要编译为多种不同的目标程序。而借助ava virtual machine，java语言不需要重新编辑即可在不同平台上运行。Java virtual machine执行目标代码时，把目标代码解读为特定平台上的机器指令来遵循。

3 Java虚拟机的体系结构

Java virtual machine可以通过不同厂商来实现，则因厂商的不同而造成Java virtual machine实现上的不同，但这不影响Java virtual machine的跨平台特性，这是因为Java virtual machine独特的体系结构。

Java virtual machine内部的抽象的体系结构由存储器、指令、数据类型和子系统组成。这些都提供了一种方式，可以对外部行为进行定义。Java virtual machine的机制有两种，类装载系统用于装载合适的类，运行引擎用来执行已经装载的类的指令。每个Java virtual machine由堆、方法区、程序计数器、Java栈以及被你的方法栈，同时，搭配了运行引擎和类装载共同构成了Java virtual machine的体系结构（如下图所示）。

4 Java虚拟机的自适应动态优化

Java virtual machine类似于抽象意义上的堆栈计算机，其作用是装载类文件，然后运行其目标代码，目标代码的操作次数都源于堆栈。现在，常见的处理器都采用寄存器结构，所以，Java virtual machine要对这些针对堆栈的命令通过即时编辑机或解释机进行解释，解读为寄存器可以执行的指令。在解释和执行的次序上是解释一次执行一次，并不包括解释后的机器指令。如果需要多次执行目标程序，就要多次解释执行。但即时编译机会把首次执行的程序翻译为本地程序，并在内存中缓存代码，后续可以再次调用而实现该方法的复用。

Java virtual machine可以动态自适应去装载，这种动态自适应装载类的模式促进了Java的灵活的网络性质。Java virtual machine既能装载本地的类程序，也可以对网络上的类进行装载。Java virtual machine为了安全地管理这些不同装载器装载的类，对其拟定了不同的名字，以此，Java virtual machine能够依照名字把代码列入不同的类型，然后对不同类型的代码执行不同的操作。

作为Java virtual machine的重要优化方法的内联，难以实现面向对象的动态编程语言。所以，基于Java的程序可以在运行的同时改变不同的调用模式，也可以动态装载不同的Java程序以应对不同的需求。

面向全局进行分析的内联，因为动态的装载而增加了复杂性。程序的全局关系被其改变，则新加载的类程序就需要被内联。因此，Java virtual machine要动态的优化之前优化过的程序，或者在执行热点代码的同时，进行这种动态优化。否则，一般的内联优化就不能系统地进行执行。

5 Java虚拟机的自适应的动态优化框架

Trace缓冲区、插桩器和动态优化策略挑选机共同构成了Java虚拟机的自适应动态优化框架。在即时编译机中，插桩器执行对访问对象的指令开展插桩，来获取Java对访问对象的相关信息。程序运行中的对象信息存放在Trace缓冲区里。动态优化策略挑选机参展缓冲区里的信息动态选择对Java程序的自适应优化策略。

上图描述了Trace缓冲区的构成。这是48KB的缓冲区，其中的每一个单元是12字节。缓冲区的写入是自上而下。缓冲区的顶部和底部分别用不同的名称代表（如图所示）。缓冲区再向下部分不可写。应用程序把数据写入缓冲区，溢出后，就产生错误代码。即时编辑机编译Java目标代码，把与平台无关的代码翻译为与平台相关的机器指令。编译器会在编译时识别该模式中的指令，并对应开始插桩，同时手机访问对象的情况。编辑后，Java程序在运行的过程中把访问对象的信息灌输到缓冲区里，写满缓冲区后，程序提醒，Java virtual machine获取提醒，然后通知动态优化策略挑选器来执行优化。优化后，Java程序返回起始点再执行。

参考文献

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