小師妹學JVM之:JDK14中JVM的性能優化

admin 環保清潔

目錄

  • 簡介
  • String壓縮
  • 分層編譯（Tiered Compilation）
  • Code Cache分層
  • 新的JIT編譯器Graal
  • 前置編譯
  • 壓縮對象指針
  • Zero-Based 壓縮指針
  • Escape analysis逃逸分析

簡介

上一篇文章我們講到了JVM為了提升解釋的性能，引入了JIT編譯器，今天我們再來從整體的角度，帶小師妹看看JDK14中的JVM有哪些優化的方面，並且能夠從中間得到那些啟發。

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String壓縮

小師妹:F師兄，上次你給我講的JIT真的是受益匪淺，原來JVM中還有這麼多不為人知的小故事。不知道除了JIT之外，JVM還有沒有其他的性能提升的姿勢呢？

姿勢當然有很多種，先講一下之前提到過的，在JDK9中引入的字符串壓縮。

在JDK9之前，String的底層存儲結構是char[],一個char需要佔用兩個字節的存儲單位。

因為大部分的String都是以Latin-1字符編碼來表示的，只需要一個字節存儲就夠了，兩個字節完全是浪費。

於是在JDK9之後，字符串的底層存儲變成了byte[]。

目前String支持兩種編碼格式LATIN1和UTF16。

LATIN1需要用一個字節來存儲。而UTF16需要使用2個字節或者4個字節來存儲。

在JDK9中，字符串壓縮是默認開啟的。你可以使用

 -XX:-CompactStrings

來控制它。

分層編譯（Tiered Compilation）

為了提升JIT的編譯效率，並且滿足不同層次的編譯需求，引入了分層編譯的概念。

大概來說分層編譯可以分為三層：

  1. 第一層就是禁用C1和C2編譯器，這個時候沒有JIT進行。
  2. 第二層就是只開啟C1編譯器，因為C1編譯器只會進行一些簡單的JIT優化，所以這個可以應對常規情況。
  3. 第三層就是同時開啟C1和C2編譯器。

在JDK7中，你可以使用下面的命令來開啟分層編譯：

-XX:+TieredCompilation

而在JDK8之後，恭喜你，分層編譯已經是默認的選項了，不用再手動開啟。

Code Cache分層

Code Cache就是用來存儲編譯過的機器碼的內存空間。也就說JIT編譯產生的機器碼，都是存放在Code Cache中的。

Code Cache是以單個heap形式組織起來的連續的內存空間。

如果只是用一個code heap，或多或少的就會引起性能問題。為了提升code cache的利用效率，JVM引入了Code Cache分層技術。

分層技術是什麼意思呢？

就是把不同類型的機器碼分門別類的放好，優點嘛就是方便JVM掃描查找，減少了緩存的碎片，從而提升了效率。

下面是Code Cache的三種分層：

新的JIT編譯器Graal

之前的文章我們介紹JIT編譯器，講的是JIT編譯器是用C/C++來編寫的。

而新版的Graal JIT編譯器則是用java來編寫的。對的，你沒看錯，使用java編寫的JIT編譯器。

有沒有一種雞生蛋，蛋生雞的感覺？不過，這都不重要，重要的是Graal真的可以提升JIT的編譯性能。

Graal是和JDK一起發行的，作為一個內部的模塊：jdk.internal.vm.compiler。

Graal和JVM是通過JVMCI（JVM Compiler Interface）來進行通信的。其中JVMCI也是一個內部的模塊：jdk.internal.vm.ci。

注意，Graal只在Linux-64版的JVM中支持，你需要使用 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseJVMCICompiler 來開啟Graal特性。

前置編譯

我們知道在JIT中，通常為了找到熱點代碼，JVM是需要等待代碼執行一定的時間之後，才開始進行本地代碼的編譯。這樣做的缺點就是需要比較長的時間。

同樣的，如果是重複的代碼，沒有被編譯成為機器碼，那麼對性能就會有影響。

而AOT（Ahead-of-time）就厲害了，看名字就知道是提前編譯的意思，根本就不需要等待，而是在JVM啟動之前就開始編譯了。

AOT提供了一個java tool，名字叫做jaotc。显示jaotc的命令格式：

jaotc <options> <list of classes or jar files>
jaotc <options> <--module name>

比如，我們可以這樣提前編譯AOT庫，以供在後面的JVM中使用：

jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class
jaotc --output libjava.base.so --module java.base

上面代碼提前編譯了HelloWorld和它的依賴module java.base。

然後我們可以在啟動HelloWorld的時候，指定對應的lib：

java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so,./libjava.base.so HelloWorld

這樣在JVM啟動的時候，就回去找相應的AOTLibrary。

注意，AOT是一個 Linux-x64上面的體驗功能。

壓縮對象指針

對象指針用來指向一個對象，表示對該對象的引用。通常來說在64位機子上面，一個指針佔用64位，也就是8個字節。而在32位機子上面，一個指針佔用32位，也就是4個字節。

實時上，在應用程序中，這種對象的指針是非常非常多的，從而導致如果同樣一個程序，在32位機子上面運行和在64位機子上面運行佔用的內存是完全不同的。64位機子內存使用可能是32位機子的1.5倍。

而壓縮對象指針，就是指把64位的指針壓縮到32位。

怎麼壓縮呢？64位機子的對象地址仍然是64位的。壓縮過的32位存的只是相對於heap base address的位移。

我們使用64位的heap base地址+ 32位的地址位移量，就得到了實際的64位heap地址。

對象指針壓縮在Java SE 6u23 默認開啟。在此之前，可以使用-XX:+UseCompressedOops來開啟。

Zero-Based 壓縮指針

剛剛講到了壓縮過的32位地址是基於64位的heap base地址的。而在Zero-Based 壓縮指針中，64位的heap base地址是重新分配的虛擬地址0。這樣就可以不用存儲64位的heap base地址了。

Escape analysis逃逸分析

最後，要講的是逃逸分析。什麼叫逃逸分析呢？簡單點講就是分析這個線程中的對象，有沒有可能會被其他對象或者線程所訪問，如果有的話，那麼這個對象應該在Heap中分配，這樣才能讓對其他的對象可見。

如果沒有其他的對象訪問，那麼完全可以在stack中分配這個對象，棧上分配肯定比堆上分配要快，因為不用考慮同步的問題。

我們舉個例子：

  public static void main(String[] args) {
    example();
  }
  public static void example() {
    Foo foo = new Foo(); //alloc
    Bar bar = new Bar(); //alloc
    bar.setFoo(foo);
  }
}

class Foo {}

class Bar {
  private Foo foo;
  public void setFoo(Foo foo) {
    this.foo = foo;
  }
}

上面的例子中，setFoo引用了foo對象，如果bar對象是在heap中分配的話，那麼引用的foo對象就逃逸了，也需要被分配在heap空間中。

但是因為bar和foo對象都只是在example方法中調用的，所以，JVM可以分析出來沒有其他的對象需要引用他們，那麼直接在example的方法棧中分配這兩個對象即可。

逃逸分析還有一個作用就是lock coarsening。

為了在多線程環境中保證資源的有序訪問，JVM引入了鎖的概念，雖然鎖可以保證多線程的有序執行，但是如果實在單線程環境中呢？是不是還需要一直使用鎖呢？

比如下面的例子：

public String getNames() {
     Vector<String> v = new Vector<>();
     v.add("Me");
     v.add("You");
     v.add("Her");
     return v.toString();
}

Vector是一個同步對象，如果是在單線程環境中，這個同步鎖是沒有意義的，因此在JDK6之後，鎖只在被需要的時候才會使用。

這樣就能提升程序的執行效率。

本文作者：flydean程序那些事

本文鏈接：http://www.flydean.com/jvm-performance-enhancements/

本文來源：flydean的博客

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