小师妹学 JVM 之:JDK14 中 JVM 的性能优化

发布于: 2020 年 06 月 18 日
小师妹学JVM之:JDK14中JVM的性能优化

简介

上一篇文章我们讲到了JVM为了提升解释的性能,引入了JIT编译器,今天我们再来从整体的角度,带小师妹看看JDK14中的JVM有哪些优化的方面,并且能够从中间得到那些启发。

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String压缩

小师妹:F师兄,上次你给我讲的JIT真的是受益匪浅,原来JVM中还有这么多不为人知的小故事。不知道除了JIT之外,JVM还有没有其他的性能提升的姿势呢?

姿势当然有很多种,先讲一下之前提到过的,在JDK9中引入的字符串压缩。

在JDK9之前,String的底层存储结构是char[],一个char需要占用两个字节的存储单位。

因为大部分的String都是以Latin-1字符编码来表示的,只需要一个字节存储就够了,两个字节完全是浪费。

于是在JDK9之后,字符串的底层存储变成了byte[]。

目前String支持两种编码格式LATIN1和UTF16。

LATIN1需要用一个字节来存储。而UTF16需要使用2个字节或者4个字节来存储。

在JDK9中,字符串压缩是默认开启的。你可以使用

-XX:-CompactStrings

来控制它。

分层编译(Tiered Compilation)

为了提升JIT的编译效率,并且满足不同层次的编译需求,引入了分层编译的概念。

大概来说分层编译可以分为三层:

  1. 第一层就是禁用C1和C2编译器,这个时候没有JIT进行。

  2. 第二层就是只开启C1编译器,因为C1编译器只会进行一些简单的JIT优化,所以这个可以应对常规情况。

  3. 第三层就是同时开启C1和C2编译器。

在JDK7中,你可以使用下面的命令来开启分层编译:

-XX:+TieredCompilation

而在JDK8之后,恭喜你,分层编译已经是默认的选项了,不用再手动开启。

Code Cache分层

Code Cache就是用来存储编译过的机器码的内存空间。也就说JIT编译产生的机器码,都是存放在Code Cache中的。

Code Cache是以单个heap形式组织起来的连续的内存空间。

如果只是用一个code heap,或多或少的就会引起性能问题。为了提升code cache的利用效率,JVM引入了Code Cache分层技术。

分层技术是什么意思呢?

就是把不同类型的机器码分门别类的放好,优点嘛就是方便JVM扫描查找,减少了缓存的碎片,从而提升了效率。

下面是Code Cache的三种分层:

新的JIT编译器Graal

之前的文章我们介绍JIT编译器,讲的是JIT编译器是用C/C++来编写的。

而新版的Graal JIT编译器则是用java来编写的。对的,你没看错,使用java编写的JIT编译器。

有没有一种鸡生蛋,蛋生鸡的感觉?不过,这都不重要,重要的是Graal真的可以提升JIT的编译性能。

Graal是和JDK一起发行的,作为一个内部的模块:jdk.internal.vm.compiler。

Graal和JVM是通过JVMCI(JVM Compiler Interface)来进行通信的。其中JVMCI也是一个内部的模块: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 来开启Graal特性。

前置编译

我们知道在JIT中,通常为了找到热点代码,JVM是需要等待代码执行一定的时间之后,才开始进行本地代码的编译。这样做的缺点就是需要比较长的时间。

同样的,如果是重复的代码,没有被编译成为机器码,那么对性能就会有影响。

而AOT(Ahead-of-time)就厉害了,看名字就知道是提前编译的意思,根本就不需要等待,而是在JVM启动之前就开始编译了。

AOT提供了一个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,我们可以这样提前编译AOT库,以供在后面的JVM中使用:

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

上面代码提前编译了HelloWorld和它的依赖module java.base。

然后我们可以在启动HelloWorld的时候,指定对应的lib:

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

这样在JVM启动的时候,就回去找相应的AOTLibrary。

注意,AOT是一个 Linux-x64上面的体验功能。

压缩对象指针

对象指针用来指向一个对象,表示对该对象的引用。通常来说在64位机子上面,一个指针占用64位,也就是8个字节。而在32位机子上面,一个指针占用32位,也就是4个字节。

实时上,在应用程序中,这种对象的指针是非常非常多的,从而导致如果同样一个程序,在32位机子上面运行和在64位机子上面运行占用的内存是完全不同的。64位机子内存使用可能是32位机子的1.5倍。

而压缩对象指针,就是指把64位的指针压缩到32位。

怎么压缩呢?64位机子的对象地址仍然是64位的。压缩过的32位存的只是相对于heap base address的位移。

我们使用64位的heap base地址+ 32位的地址位移量,就得到了实际的64位heap地址。

对象指针压缩在Java SE 6u23 默认开启。在此之前,可以使用-XX:+UseCompressedOops来开启。

Zero-Based 压缩指针

刚刚讲到了压缩过的32位地址是基于64位的heap base地址的。而在Zero-Based 压缩指针中,64位的heap base地址是重新分配的虚拟地址0。这样就可以不用存储64位的heap base地址了。

Escape analysis逃逸分析

最后,要讲的是逃逸分析。什么叫逃逸分析呢?简单点讲就是分析这个线程中的对象,有没有可能会被其他对象或者线程所访问,如果有的话,那么这个对象应该在Heap中分配,这样才能让对其他的对象可见。

如果没有其他的对象访问,那么完全可以在stack中分配这个对象,栈上分配肯定比堆上分配要快,因为不用考虑同步的问题。

我们举个例子:

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对象,如果bar对象是在heap中分配的话,那么引用的foo对象就逃逸了,也需要被分配在heap空间中。

但是因为bar和foo对象都只是在example方法中调用的,所以,JVM可以分析出来没有其他的对象需要引用他们,那么直接在example的方法栈中分配这两个对象即可。

逃逸分析还有一个作用就是lock coarsening。

为了在多线程环境中保证资源的有序访问,JVM引入了锁的概念,虽然锁可以保证多线程的有序执行,但是如果实在单线程环境中呢?是不是还需要一直使用锁呢?

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是一个同步对象,如果是在单线程环境中,这个同步锁是没有意义的,因此在JDK6之后,锁只在被需要的时候才会使用。

这样就能提升程序的执行效率。

本文作者:flydean程序那些事

本文链接:http://www.flydean.com/jvm-performance-enhancements/

本文来源:flydean的博客

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发布于: 2020 年 06 月 18 日 阅读数: 9
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关注公众号:程序那些事,更多精彩等着你! 2020.06.07 加入

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评论 (1 条评论)

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优秀的作者!!!!
2020 年 06 月 18 日 06:48
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