1.Java性能优化系列之-JIT即时编译器与Java内存管理机制
2.JIT、源码编译器和解释器
3.Python 3.13 或将引入 JIT！源码
4.C#JIT的源码概念及作用
5.java的javac编译器和jit编译器是什么关系,jit阶段是运行期
6.LuaJIT源码分析（一）搭建调试环境

Java性能优化系列之-JIT即时编译器与Java内存管理机制

       JIT（即时编译器）的目的在于提高热点代码的执行效率。在运行时，源码虚拟机会将这些代码编译成与本地平台相关的源码机器码，并进行各种层次的源码悼念源码优化。完成这一任务的源码编译器被称为即时编译器（Just In Time Compiler），简称 JIT 编译器。源码

       即时编译器不是源码虚拟机必需的部分，Java 虚拟机规范并没有规定 Java 虚拟机内必须要有即时编译器的源码存在，更没有限定或指导即时编译器应该如何去实现。源码但是源码，即时编译器编译性能的源码好坏、代码优化程度的源码高低却是衡量一款商用虚拟机优秀与否的最关键的指标之一。它也是源码虚拟机中最核心且最能体现虚拟机技术水平的部分。

       目前主流的 HotSpot 虚拟机默认采用一个解释器和其中一个编译器直接配合的方式工作，程序使用哪个编译器，取决于虚拟机运行的模式。在 HotSpot 中，解释器和 JIT 即时编译器是同时存在的，他们是 JVM 的两个组件。对于不同类型的应用程序，用户可以根据自身的特点和需求，灵活选择是基于解释器运行还是基于 JIT 编译器运行。HotSpot 为用户提供了几种运行模式供选择，可通过参数设定，分别为：解释模式、编译模式、混合模式，HotSpot 默认是混合模式，需要注意的是编译模式并不是完全通过 JIT 进行编译，只是优先采用编译方式执行程序，但是解释器仍然要在编译无法进行的情况下介入执行过程。

       字节码是指平常所了解的 .class 文件，Java 代码通过 javac 命令编译成字节码。机器码和本地代码都是指机器可以直接识别运行的代码，也就是机器指令。字节码是不能直接运行的，需要经过 JVM 解释或编译成机器码才能运行。Java 源码转换成字节码的过程是由 JVM 执行引擎来完成的。

       JVM 的类加载是通过 ClassLoader 及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述。Bootstrap ClassLoader 负责加载 $JAVA_HOME 中 jre/lib/rt.jar 里所有的 class，由 C++ 实现，不是 ClassLoader 子类。Extension ClassLoader 负责加载 Java 平台中扩展功能的一些 jar 包，包括 $JAVA_HOME 中 jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs 指定目录下的 jar 包。App ClassLoader 负责记载 classpath 中指定的 jar 包及目录中 class。Custom ClassLoader 属于应用程序根据自身需要自定义的涨停开板标识源码 ClassLoader，如 Tomcat、jboss 都会根据 J2EE 规范自行实现 ClassLoader。

       JVM 是基于栈的体系结构来执行 class 字节码的。线程创建后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成，局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数，操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。

       编译器：把源程序的每一条语句都编译成机器语言，并保存成二进制文件，这样运行时计算机可以直接以机器语言来运行此程序，速度很快。解释器：只在执行程序时，才一条一条的解释成机器语言给计算机来执行，所以运行速度是不如编译后的程序运行的快的。

       Java 通过 javac 命令将 Java 程序的源代码编译成 Java 字节码，即我们常说的 class 文件。这是我们通常意义上理解的编译。字节码并不是机器语言，要想让机器能够执行，还需要把字节码翻译成机器指令。这个过程是 Java 虚拟机做的，这个过程也叫编译。（实际上就是解释，引入 JIT 之后也存在编译）

       Java 不完全是通过编译来生成机器码的，还结合了解释执行，那如何判断那些代码是使用编译执行还是解释执行呢？定义：当虚拟机发现某个方法或代码块的运行特别频繁时，就会把这些代码认定为“热点代码”。

       HotSpot 使用第二种 - 基于计数器的热点探测方法。方法调用计数器触发即时编译的流程：计数器的种类（两种共同协作）了解了热点代码和计数器有什么用呢？即时编译是需要达到某种条件才会触发的。

       解释器与编译器两者各有优势。解释器：当程序需要迅速启动和执行的时候，解释器可以首先发挥作用，省去编译的时间，立即执行。编译器：在程序运行后，随着时间的推移，编译器逐渐发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码之后，可以获取更高的执行效率。

       HotSpot 虚拟机启用分层编译的策略。分层编译根据编译器编译、优化的规模与耗时，划分出不同的编译层次：实施分层编译后，Client Compiler 和 Server Compiler 将会同时工作，短线交易公式源码许多代码都可能会被多次编译看，用 Client Compiler 获取更高的编译速度，用 Server Compiler 获取更好的编译质量，在解释执行的时候也无须再承担收集性能监控信息的任务。

       Java程序员有一个共识，以编译方式执行本地代码比解释方式更快，之所以有这样的共识，除去虚拟机解释执行字节码时额外消耗时间的原因外，还有一个很重要的原因就是虚拟机设计团队几乎把代码的所有优化措施都集中在了即时编译器之中，因此一般来说，即时编译器生成的本地代码比Javac产生的字节码更加优秀！

       内联优化是：一是去除方法调用的成本（如建立栈帧等），二是为了其他优化建立良好的基础。方法的调用过程：　　(1) 首先会有个执行栈，存储目前所有活跃的方法，以及它们的本地变量和参数；　　(2) 当一个新的方法被调用了，一个新的栈帧会被加到当前线程的栈顶，分配的本地变量和参数会存储在这个栈帧中；　　(3) 跳到目标方法代码执行；　　(4) 方法返回的时候，本地方法和参数会被销毁，栈顶被移除；　　(5) 返回原来地址执行；

       公共子表达式消除：如果一个表达式 E 已经计算过了，并且从先前的计算到现在 E 中所有变量的值都没有发生变化，那么 E 的这次出现就成为了公共子表达式！例如：int d = (c + b) * + a + (a + b * c);

       Java语言是一门动态安全的语言。如果有一个数组 foo[]，在 Java 语言中访问数组元素 foo[i] 的时候系统将会自动进行上下界的范围检查，即检查 i 必须满足 i >=0 && i < foo.length 这个条件，否则将抛出一个运行时异常：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。

       逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定以后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他方法中，称为方法逃逸。甚至还有其可能被外部线程访问到，譬如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量，称为线程逃逸！

       Java内存模型结构分为线程私有内存区：程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈。线程共享内存区：Java 堆、方法区。对象实例化分析：这段代码的执行会涉及 Java 栈、Java 堆、方法区三个最重要的内存区域。假设该语句出现在方法体中，obj 会作为引用类型（reference）的数据保存在 Java 栈的本地变量表中，在 Java 堆中保存该引用的实例化对象。

JIT、编译器和解释器

       在编程领域，JIT（Just-in-Time Compilation）、烈火中永生指标源码编译器和解释器是三个经常被提及的概念。它们在不同编程语言中的作用和实现方式，经常让初学者感到混淆。本文将详细介绍这三个概念，帮助读者理解它们的本质与实际应用。

       什么是JIT？JIT是指在程序运行时，将源代码或中间代码即时编译为特定架构下的机器码。以JavaScript为例，当JavaScript代码文件被JS解释器加载后，会立即进行编译，生成可直接由计算机硬件执行的机器码。

       什么是编译器？编译器是一种程序，它的主要功能是将一种计算机语言的源代码转换为另一种表示形式，通常是为了更低级别的计算机语言。编译器在编译过程中不会执行生成的代码，而是将其保存在可执行文件中，供后续执行。

       解释器则是一种程序，它能够直接接受计算机语言的源代码，并立即执行。与编译器不同，解释器在执行过程中会逐行解析和执行源代码，而不需要生成中间的机器码文件。

       因此，编译器与解释器并不是非此即彼的关系。实际上，许多编程语言的实现中同时包含了编译器和解释器的特性。例如，Go、CPython和Lua等语言，就既可以利用编译器生成高效的机器码，也可以通过解释器实现即时执行。

       例如，虽然C语言通常被认为是编译型语言，意味着其代码通过编译器转换为机器码后执行。但理论上，我们也可以为C语言编写一个解释器，使其能够即时执行代码，提供一种与编译型执行不同的执行方式。

       综上所述，JIT、编译器和解释器在编程领域中扮演着不同的角色。理解它们的区别与联系，将有助于程序员选择最适合特定需求的编程策略和工具。

Python 3. 或将引入 JIT！

       在年月，CPython的核心开发者Brandt Bucher提出了一项拉取请求，提议在Python 3.版本中加入一个JIT编译器。微信群统计源码这一改动，如果被接受，将成为自Python 3.引入专用自适应解释器以来，CPython解释器最大的一次革新。

       JIT（Just in Time）编译器是一种在首次运行代码时按需进行编译的设计。它可以通过解释器将源代码转换为字节码，然后在运行时将其转换为机器代码，以此提高程序执行速度。这种编译方式与AOT（Ahead of Time）编译器（如GCC或Rust的rustc）形成对比，AOT编译器在编译期间就将源代码转换为机器代码。

       对于一个简单的Python函数f()，其定义了变量a并将其赋值为1，该函数在编译过程中会被转换为5条字节码指令。例如，LOAD_CONST、STORE_FAST、LOAD_CONST和RETURN_VALUE指令。在Python 3.中，这些指令通过C语言实现的大规模循环进行解释执行。

       如果在Python中使用与C语言中循环相当的评估循环，它可能如下所示。如果将此函数传递给解释器，它将执行这些函数并打印结果。这个循环包括大量switch/if-else语句，相当于CPython解释器循环的工作方式，尽管是一个简化版。CPython由C语言编写，并由C编译器编译。

       解释器在每次运行函数时都需要对每条指令进行循环，并将字节码名称与每个if语句进行比较。这种比较和循环本身都会增加执行的开销。如果函数被调用,次，而字节码从未改变，那么这种开销就显得多余了。与其每次调用函数时都评估这个循环，不如按顺序生成代码来得更有效率。这就是JIT的作用。

       JIT编译器有很多种类型，如Numba、PyPy、Java等。Python 3.提议的JIT是一个复制加补丁的JIT。复制加补丁JIT是一种想法，旨在作为动态语言运行时的快速算法。它通过扩展解释器循环并将其重写为JIT来解释字节码。解释器循环原本做两件事：解释和执行字节码。复制加补丁JIT的实现是将这些任务分开，让解释器输出指令，而不是执行指令。

       复制加补丁JIT的实现通过复制每条指令的指令，并为字节码参数（或补丁）填空。这可以提高代码执行速度。在Python中，原始函数的结果与复制加补丁JIT实现的结果相同，但运行速度应该更快。这种实现方法可以存储生成的字符串并运行任意多次，使得代码运行更加高效。

       复制加补丁JIT的优点是可以减少开发复杂性，并提供与完整JIT编译器相似的性能提升。与完整JIT编译器相比，复制加补丁JIT具有一定的优势，因为它可以避免编译器的复杂性，并提供可插拔的优化器，使得代码执行更加高效。尽管性能提升可能不如完整JIT编译器，但复制加补丁JIT为Python性能优化提供了重要的基础。

       尽管Python解释器已经使用C语言编写并编译为机器代码，但引入JIT编译器可以提供额外的性能提升。JIT编译器可以提高解释器在执行复杂代码时的效率，减少解释过程中的开销。这将为Python开发者提供更好的性能，特别是在处理大量数据或执行密集计算任务时。随着复制加补丁JIT的引入，Python性能的提升将成为可能，为开发者提供更快、更高效的编程环境。

C#JIT的概念及作用

       C#编写的程序，经过编译器把编译后，源代码被转换成Microsoft中间语言（MSIL）。MSIL不是真正可执行的代码。因此，要真正执行MSIL应用程序，还必须使用“JIT编译器”，对MSIL再次编译，以得到主机处理器可以真正执行本机指令。JIT编译器以即时方式编译MSMIL代码,以便应用程序执行。

java的javac编译器和jit编译器是什么关系,jit阶段是运行期

       在之前的文章中我们探讨过，相较于C/C++语言，Java语言在运行效率方面可能稍显逊色，因为Java应用程序运行在虚拟机上，而C/C++程序直接编译成对应平台的机器码执行。虚拟机团队持续努力缩小Java与C/C++语言在性能上的差距，确实取得了显著成果。

       本文将聚焦于HotSpot虚拟机如何通过提升Java程序执行效率实现技术优化。JIT编译器是JVM的重要组成部分，与常用于生成Java字节码的javac编译器不同，JIT编译器是提升Java程序执行效率的核心工具。

       面试官经常提出Java程序是解释执行还是编译执行的问题。初学者可能认为Java是编译执行，执行流程类似先将源码编译成.class字节码，然后通过java命令在虚拟机中利用解释器执行代码。解释器的作用是将字节码操作指令与平台体系指令建立映射，如将Java的load指令转换为native code的load指令。

       实际上，Java程序既有解释执行，也有编译执行。准确的执行流程可以描述为：源码程序.java文件通过javac命令编译成字节码，然后在虚拟机中解释执行。JIT编译器的作用是在运行时将热点代码编译成本地平台相关的机器码，并进行优化，以提升程序执行效率。

       JIT编译器的引入显著解决了虚拟机边运行边解释的低性能问题。但引入JIT编译器是否意味着可以直接采用它执行程序？答案并非如此。解释器和编译器各有优势，因此Java程序既有解释执行也有编译执行。

       HotSpot虚拟机内置了两款即时编译器：Client Compiler和Server Compiler，分别被称为C1和C2编译器。Client Compiler编译速度较慢，但编译速度快于传统静态优化编译器，输出的本地代码执行时间减少，因此适合非服务端应用。Server Compiler编译器输出代码质量较高，编译速度远超C1编译器。

       JIT编译器会将热点代码编译成本地平台相关的机器码。热点代码主要来自方法被调用次数多和循环体内代码执行多次的情况。HotSpot虚拟机使用计数器进行热点探测，包括方法调用计数器和回边计数器，用于判断代码是否为热点代码。

       方法调用计数器统计方法被调用的次数，回边计数器统计循环体代码执行次数。计数器超过预设阈值时，编译器将方法作为编译对象进行编译。方法调用计数器和回边计数器的阈值默认设置为客户端模式下次和服务器模式下次，用户可通过参数调整。

       运行期优化技术包括：方法内联、冗余访问消除、复写传播、无用代码消除、公共子表达式消除、数组边界检查消除、逃逸分析等。其中，公共子表达式消除和数组边界检查消除是典型的优化手段。

       方法内联优化减少方法调用成本，进行内联后，方法代码被直接复制到调用者位置，提高了优化空间。数组边界检查消除优化通过分析数据流，避免不必要的边界检查，提升了执行效率。

       逃逸分析技术用于分析对象动态作用域，判断对象是否逃逸到方法或线程之外。如果对象不会逃逸，可以进行栈上分配、同步消除或标量替换等优化，提升程序性能。

       本文整合和总结了JVM在运行期对代码的优化手段，旨在帮助读者理解这些技术。内容较多，如有描述不当之处，欢迎指正。

LuaJIT源码分析（一）搭建调试环境

       LuaJIT，这个以高效著称的lua即时编译器（JIT），因其源码资料稀缺，促使我们不得不自建环境进行深入学习。分析源码的第一步，就是搭建一个可用于调试的环境，但即使是这个初始步骤，能找到的指导也相当有限，反映出LuaJIT的编译过程复杂性。

       首先，从官方git仓库开始，通过命令`git clone https://luajit.org/git/luajit.git`获取源代码。GitHub上也有相应的镜像地址。对于调试，LuaJIT提供msvcbuild.bat脚本，位于src目录下，它将编译过程分为三个阶段：构建minilua，用于平台判断和执行lua脚本；buildvm生成库函数映射；以及lua库的编译和最终LuaJIT的生成。该脚本需在Visual Studio Command Prompt环境中以管理员权限运行，且有四个可选编译参数。

       在调试时，我们无需这些选项，但需要保留中间代码。因此，需要在脚本中注释掉清理代码的部分。在Visual Studio 的位命令提示符中，切换到src目录并运行`msvcbuild.bat`。编译过程快速，成功时会看到日志信息。在src目录下，luajit.exe即为lua虚拟机。

       接着，在src目录的同级目录创建一个VS工程，将源文件和头文件添加进来。初次尝试调试可能会遇到关于strerror函数安全性的警告，这可以通过在工程属性中添加_CRT_SECURE_NO_WARNINGS宏来解决。然而，链接阶段可能会出现重复定义的错误，这与ljamalg.c文件的编译选项有关。amalg选项用于生成单个大文件，以优化代码，但我们通常不启用它。

       排除ljamalg.c后，再次尝试调试，可能还需要手动添加buildvm阶段生成的目标文件。当LuaJIT启动并设置好断点后，就可以开始调试源码了。至此，你已经成功搭建了一个LuaJIT的调试环境，为深入理解其工作原理铺平了道路。

LuaJIT源码分析（二）数据类型

       LuaJIT，作为Lua的高性能版本，其源码分析中关于数据类型处理的细节颇值得研究。它在数据结构的定义上与Lua 5.1稍有不同，通过通用的数据结构TValue来表示各种Lua数据类型，但其复杂性体现在了内含的若干宏上，增加了理解的难度。这些宏如LJ_ALIGN、LJ_GC、LJ_ENDIAN_LOHI、LJ_FR2等，分别用于内存对齐、GC模式的选择、大小端判断以及浮点数编码格式的选择。

       LJ_ALIGN宏用于确保struct内存对齐，以提高内存访问效率。LJ_GC宏在当前平台为位且无强制禁用的情况下生效，表明LuaJIT支持位GC（垃圾回收）模式。LJ_ENDIAN_LOHI宏则根据平台的字节顺序来确定结构的布局，而x平台采用小端序。

       对于TValue结构的定义，通过处理宏后可以简化为一个位的结构体，包含一个union，用于统一表示Lua的各种数据类型。这种设计利用了NaN Boxing技术，即通过在浮点数编码中预留空间来实现不同类型数据的紧凑存储。每个类型通过4位的itype指针来标识，使得数据的解析与存储变得高效。

       对于number数据类型，其值被存储在一个double中，而其他类型如nil、true、false等则利用剩余的空间来标识其类型。这种设计允许LuaJIT在内存中以一种紧凑且高效的方式存储各种数据类型，同时通过简单的位操作就能识别出具体的数据类型。

       对于GC对象（如string、table等），LuaJIT通过特定的itype值来区分它们与普通数据类型，以及与值类型（如nil和bool）和轻量级用户数据的差异。通过宏判断，LuaJIT能够快速识别出TValue是否为GC对象，以及具体是哪种类型的GC对象。

       在开启LJ_GC模式下，GC对象的地址被存储在TValue的特定字段gcr中，提供位的地址支持。虽然前位用于标识数据类型，但实际使用时仅利用了低位的地址空间，对于大多数实际应用而言，这部分内存已经绰绰有余。

       在GCobj数据结构中，通过union的特性实现不同类型对象的共通性与特定性。GChead提供了通用的接口来获取对象的通用信息，而nextgc、marked等字段用于实现垃圾回收机制。通过gct字段，LuaJIT能够将一个GCObj转换为实际的类型对象，进一步增强了内存管理的灵活性。

       对于整数类型，默认情况下LuaJIT使用double进行存储以确保精度，但在实际应用中，频繁使用的整数通过宏LJ_DUALNUM启用，以int类型存储，提高了数据处理的效率。此时，TValue的i字段用于保存int值，同时通过位移操作确保了数据的正确存储与解析。