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我们目前正在研究我们自己的 Java 虚拟机实现的 JIT 编译部分。我们现在的想法是将给定的 Java 字节码简单地转换为操作码,将它们写入可执行内存并直接调用到方法的开头。
假设给定的 Java 代码是:
int a = 13372338;
int b = 32 * a;
return b;
0x1000: first local variable - accessible via [eip - 8]
0x1004: second local variable - accessible via [eip - 4]
0x1008: start of the code - accessible via [eip]
Java bytecode | Assembler code (NASM syntax)
--------------|------------------------------------------------------------------
| // start
| mov edx, eip
| push ebx
|
| // method content
ldc | mov eax, 13372338
| push eax
istore_0 | pop eax
| mov [edx - 8], eax
bipush | push 32
iload_0 | mov eax, [edx - 8]
| push eax
imul | pop ebx
| pop eax
| mul ebx
| push eax
istore_1 | pop eax
| mov [edx - 4], eax
iload_1 | mov eax, [edx - 4]
| push eax
ireturn | pop eax
|
| // end
| pop ebx
| ret
最佳答案
这种编译方法有效,易于启动和运行,并且至少消除了解释开销。但它会导致大量代码和非常糟糕的性能。一个大问题是,即使目标机器 (x86) 是寄存器机器,它也会 1:1 音译堆栈操作。正如您在发布的代码段(以及任何其他代码)中看到的那样,这总是会导致每个操作的多个堆栈操作操作码,因此它使用寄存器 - 见鬼,整个 ISA - 尽可能低效。
您还可以支持复杂的控制流,例如异常。这与在解释器中实现它没有太大区别。如果您想要良好的性能,您不想每次进入或退出 try
时都执行工作。堵塞。有一些方案可以避免这种情况,C++ 和其他 JVM 都使用它(关键字:零成本或表驱动的异常处理)。这些实现、理解和调试非常复杂和复杂,因此您应该首先使用更简单的替代方案。只要记住它。
至于生成的代码:第一个优化,您几乎肯定会需要的,是将堆栈操作转换为三个地址代码或使用寄存器的其他一些表示。有几篇关于这个及其实现的论文,所以除非你想要我,否则我不会详细说明。然后,当然,您需要将这些虚拟寄存器映射到物理寄存器上。寄存器分配是编译器构造中研究最深入的主题之一,至少有六种启发式方法在 JIT 编译器中使用相当有效且足够快。我最想知道的一个例子是线性扫描寄存器分配(专门为 JIT 编译创建)。
除此之外,大多数 JIT 编译器专注于生成代码的性能(与快速编译相反)使用一种或多种中间格式并以这种形式优化程序。这基本上是您对 Mill 编译器优化套件的运行,包括诸如常量传播、值编号、重新关联、循环不变代码运动等的老手——这些东西不仅易于理解和实现,而且还被描述过在三十年的文学作品中,包括教科书和维基百科。
上面的代码非常适合使用原语、数组和对象字段的直线代码。但是,您根本无法优化方法调用。每个方法都是虚拟的,这意味着内联甚至移动方法调用(例如在循环外)基本上是不可能的,除非在非常特殊的情况下。您提到这是针对内核的。如果您可以接受在没有动态类加载的情况下使用 Java 的子集,那么您可以通过假设 JIT 知道所有类来做得更好(但它将是非标准的)。然后你可以,例如,检测叶类(或更一般的方法,它们永远不会被覆盖)并内联它们。
如果您确实需要动态类加载,但希望它很少见,您也可以做得更好,尽管这需要更多的工作。优点是这种方法可以推广到其他事情,比如完全消除日志语句。基本思想是基于某些假设(例如,此 static
不会更改或未加载新类)专门化代码,然后在违反这些假设时取消优化。这意味着您有时必须在运行时重新编译代码(这是 硬 ,但并非不可能)。
如果你沿着这条路走得更远,它的逻辑结论是基于跟踪的 JIT 编译,它已应用于 Java,但 AFAIK 并没有证明它优于基于方法的 JIT 编译器。当您必须做出数十或数百个假设才能获得好的代码时,它会更有效,就像使用高度动态的语言一样。
关于c++ - Java 字节码的即时编译,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/19012861/
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