JVM中三个重要的编译器

前端编译器、JIT 编译器和AOT编译器

Just In Time Compiler
AOT编译 静态提前编译  Ahead Of Time



前端编译器 
比如javac ，把源代码转化成字节码

javac编译过程

准备过程：初始化插入式注解处理器 

解析与填充符号表过程 
    a. 词法、语法分析。将源代码的字符流转变为标记集合，构造出抽象语法树
    b. 填充符号表，产生符号地址和符号信息 
    
插入式注解处理器的注解处理过程

分析与字节码生成过程 
   a. 标注检查，对语法的静态信息进行检查 
   b. 数据流及控制流分析，对程序动态运行过程进行检查
   c. 解语法糖，将简化代码编写的语法糖还原为原有的形式
   d. 字节码生成
   
  
JIT编译器（即时编译器）

将字节码转换成机器码，如HotSpot VM的C1和C2编译器。

解释器执行：将编译好的字节码一行一行地翻译为机器码执行，启动速度快，但是运行速度慢；
编译器执行：以方法为单位，将字节码一次性翻译为机器码后执行，启动速度慢，但是运行速度快。

HotSpot 虚拟机内置了多个即时编译器，Client 编译器（C1）、Server 编译器（C2）和 graal编译器

C1  Client 编译器，面向对启动性能有要求的客户端GUI程序，将字节码转换为机器码时只进行简单、可靠的优化，因此编译的时间较短，通过-client参数打开。
C2  Server编译器，面向对性能峰值有要求的服务端程序，将字节码转换为机器码时会进行激进、复杂的优化，因此编译时间长，但是在运行过程中性能更好，通过-server参数打开。
graal JDK10引入的一个编译器，用来替换C2编译器



虚拟机三种执行模式：混合模式（Mixed Mode）、解释模式（Interpreted Mode）和编译模式（CompiledMode），默认是混合模式。

混合模式（Mixed Mode）：解释器与编译器搭配使用的方式在虚拟机中被称为“混合模式”（Mixed Mode）。
-Xint：指定虚拟机使用“解释模式”（Interpreted Mode），代码都使用解释方式执行；
-Xcomp：指定虚拟机使用“编译模式”，代码优先采用编译方式执行程序，但是当编译后的代码无法正常执行时，这时使用解释执行来兜底；

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

第0层：程序只使用解释执行，并且解释器不开启性能监控功能（Profiling）。
第1层：使用客户端编译器将字节码编译为本地代码来运行，进行简单可靠的稳定优化，不开启性能监控功能。
第2层：仍然使用客户端编译器执行，仅开启方法及回边次数统计等有限的性能监控功能。
第3层：仍然使用客户端编译器执行，开启全部性能监控，除了第2层的统计信息外，还会收集如分支跳转、虚方法调用版本等全部的统计信息。
第4层：使用服务端编译器将字节码编译为本地代码，相比客户端编译器，服务端编译器会启用更多编译耗时更长的优化，还会根据性能监控信息进行一些不可靠的激进优化。



-XX:+TieredCompilation，开启分层编译
可以让jvm在启动时启用client编译，随着代码变热后再转为server编译。

热点探测
基于采样的热点探测（Sample Based Hot Spot Code Detection）
基于计数器的热点探测（Counter Based Hot Spot Code Detection）

基于采样的热点探测（Sample Based Hot Spot Code Detection）
采用这种方法的虚拟机会周期性地检查各个线程的调用栈顶，如果发现某个（或某些）方法经常出现在栈顶，那这个方法就是“热点方法”。
基于采样的热点探测的好处是实现简单高效，还可以很容易地获取方法调用关系（将调用堆栈展开即可），
缺点是很难精确地确认一个方法的热度，容易因为受到线程阻塞或别的外界因素的影响而扰乱热点探测。


基于计数器的热点探测（Counter Based Hot Spot Code Detection）
采用这种方法的虚拟机会为每个方法（甚至是代码块）建立计数器，统计方法的执行次数，
如果执行次数超过一定的阈值就认为它是“热点方法”。
这种统计方法实现起来要麻烦一些，需要为每个方法建立并维护计数器，而且不能直接获取到方法的调用关系。
但是它的统计结果相对来说更加精确严谨。



AOT编译器 
提前编译器,将源代码直接编译成机器码 
JAOTC、GCJ、Excelsior JET、ART (Android Runtime)等

优点：
编译不占用运行时间，可以做一些较耗时的优化，并可加快程序启动；
把编译的本地机器码保存磁盘，不占用内存，并可多次使用；

缺点：
因为Java语言的动态性（如反射）带来了额外的复杂性，影响了静态编译代码的质量；
一般静态编译不如JIT编译的质量，这种方式用得比较少；

不能进行性能分析制导优化（Profile-Guided Optimization，PGO），因为提前编译不能收集到程序的运行时监控数据，无法定位热点代码，所以不能集中优化和分配更好的资源进行制导优化。
不能进行激进预测性优化，因为提前编译器编器必须保证优化后的程序一定能正常运行，所以不能进行一些激进优化。
不能进行链接时优化（Link-Time Optimization，LTO），因为主程序与动态链接库的代码在它们编译时是完全独立的，两者各自编译、优化自己的代码，所以提前编译器无法进行链接时优化，但是程序运行时会将所有的Class加载到虚拟机中，所以即时编译器可以进行链接时优化。