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JVM 类型以及编译器模式

原文地址:https://blog.codecentric.de/en/2012/07/useful-jvm-flags-part-1-jvm-types-and-compiler-modes/

现在的 JVM 运行 Java 程序(和其它的兼容性语言)时在高效性和稳定性方面做的非常出色。自适应内存管理、垃圾收集、及时编译、动态类加载、锁优化——这里仅仅列举了某些场景下会发生的神奇的事情,但他们几乎不会直接与普通的程序员相关。在运行时,JVM 会不断的计算并优化应用或者应用的某些部分。

虽然有了这种程度的自动化(或者说有这么多自动化),但是 JVM 仍然提供了足够多的外部监控和手动调优工具。在有错误或低性能的情况下,JVM 必须能够让专家调试。顺便说一句,除了这些隐藏在引擎中的神奇功能,允许大范围的手动调优也是现代 JVM 的优势之一。有趣的是,一些命令行参数可以在 JVM 启动时传入到 JVM 中。一些 JVM 提供了几百个这样的参数,所以如果没有这方面的知识很容易迷失。这系列博客的目标是着重讲解日常相关的一些参数以及他们的适用场合。我们将专注于 Java6 的 Sun/Oracle HotSpot jvm,大多数情况下,这些参数也会适用于其他一些流行的 JVM 里。

-server and -client

有两种类型的 HotSpot JVM,即“server” 和“client”。服务端的 VM 中的默认为堆提供了一个更大的空间以及一个并行的垃圾收集器,并且在运行时可以更大程度地优化代码。客户端的 VM 更加保守一些(校对注:这里作者指客户端虚拟机有较小的默认堆大小),这样可以缩短 JVM 的启动时间和占用更少的内存。有一个叫”JVM 功效学” 的概念,它会在 JVM 启动的时候根据可用的硬件和操作系统来自动的选择 JVM 的类型。具体的标准可以在这里找到。从标准表中,我们可以看到客户端的 VM 只在 32 位系统中可用。

如果我们不喜欢预选(校对注:指 JVM 自动选择的 JVM 类型)的 JVM,我们可以使用 - server 和 - client 参数来设置使用服务端或客户端的 VM。虽然当初服务端 VM 的目标是长时间运行的服务进程,但是现在看来,在运行独立应用程序时它比客户端 VM 有更出色的性能。当应用的性能非常重要时,我推荐使用 - server 参数来选择服务端 VM。一个常见的问题:在一个 32 位的系统上,HotSpot JDK 可以运行服务端 VM,但是 32 位的 JRE 只能运行客户端 VM。

-version and -showversion

当我们调用 “java” 命令时,我们如何才能知道我们安装的是哪个版本的 Java 和 JVM 类型呢?在同一个系统中安装多个 Java,如果不注意的话有运行错误 JVM 的风险。在不同的 Linux 版本上预装 JVM 这方面,我承认现在已经变的比以前好很多了。幸运的是,我们现在可以使用 - version 参数,它可以打印出正在使用的 JVM 的信息。例如:

$ java -version
java version "1.6.0_24"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_24-b07)
Java HotSpot(TM) Client VM (build 19.1-b02, mixed mode, sharing)

输出显示的是 Java 版本号 (1.6.0_24) 和 JRE 确切的 build 号 (1.6.0_24-b07)。我们也可以看到 JVM 的名字 (HotSpot)、类型 (client) 和 build ID(19.1-b02) )。除此之外,我们还知道 JVM 以混合模式 (mixed mode) 在运行,这是 HotSpot 默认的运行模式,意味着 JVM 在运行时可以动态的把字节码编译为本地代码。我们也可以看到类数据共享(class data sharing)是开启的,类数据共享(class data sharing)是一种在只读缓存(在 jsa 文件中,”Java Shared Archive”)中存储 JRE 的系统类,被所有 Java 进程的类加载器用来当做共享资源。类数据共享 (Class data sharing) 可能在经常从 jar 文档中读所有的类数据的情况下显示出性能优势。

-version 参数在打印完上述信息后立即终止 JVM。还有一个类似的参数 - showversion 可以用来输出相同的信息,但是 - showversion 紧接着会处理并执行 Java 程序。因此,-showversion 对几乎所有 Java 应用的命令行都是一个有效的补充。你永远不知道你什么时候,突然需要了解一个特定的 Java 应用(崩溃时)使用的 JVM 的一些信息。在启动时添加 -showversion,我们就能保证当我们需要时可以得到这些信息。

-Xint, -Xcomp, 和 -Xmixed

-Xint 和 -Xcomp 参数和我们的日常工作不是很相关,但是我非常有兴趣通过它来了解下 JVM。在解释模式 (interpreted mode) 下,-Xint 标记会强制 JVM 执行所有的字节码,当然这会降低运行速度,通常低 10 倍或更多。-Xcomp 参数与它(-Xint)正好相反,JVM 在第一次使用时会把所有的字节码编译成本地代码,从而带来最大程度的优化。这听起来不错,因为这完全绕开了缓慢的解释器。然而,很多应用在使用 - Xcomp 也会有一些性能损失,当然这比使用 - Xint 损失的少,原因是 - xcomp 没有让 JVM 启用 JIT 编译器的全部功能。JIT 编译器在运行时创建方法使用文件,然后一步一步的优化每一个方法,有时候会主动的优化应用的行为。这些优化技术,比如,积极的分支预测(optimistic branch prediction),如果不先分析应用就不能有效的使用。另一方面方法只有证明它们与此相关时才会被编译,也就是,在应用中构建某种热点。被调用很少(甚至只有一次)的方法在解释模式下会继续执行,从而减少编译和优化成本。

注意混合模式也有他自己的参数,-Xmixed。最新版本的 HotSpot 的默认模式是混合模式,所以我们不需要特别指定这个标记。我们来用对象填充 HashMap 然后检索它的结果做一个简单的用例。每一个例子,它的运行时间都是很多次运行的平均时间。

$ java -server -showversion Benchmark
java version "1.6.0_24"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_24-b07)
Java HotSpot(TM) Server VM (build 19.1-b02, mixed mode)

Average time: 0.856449 seconds
$ java -server -showversion -Xcomp Benchmark
java version "1.6.0_24"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_24-b07)
Java HotSpot(TM) Server VM (build 19.1-b02, compiled mode)

Average time: 0.950892 seconds
$ java -server -showversion -Xint Benchmark
java version "1.6.0_24"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_24-b07)
Java HotSpot(TM) Server VM (build 19.1-b02, interpreted mode)

Average time: 7.622285 seconds

当然也有很多使 - Xcomp 表现很好的例子。特别是运行时间长的应用,我强烈建议大家使用 JVM 的默认设置,让 JIT 编译器充分发挥其动态潜力,毕竟 JIT 编译器是组成 JVM 最重要的组件之一。事实上,正是因为 JVM 在这方面的进展才让 Java 不再那么慢。

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