本来这篇文章还有一个小标题，完整的大概是这样：“JIT优化——如何让解释型语言的执行效率超过编译型语言”。但是这太夸张了，已经算是标题党了，所以我把这个小标题砍掉了。

这还是一篇为上课分享而写的文章，所以照例先写一些废话。之前老师上课讲到解释型和编译型语言谁的效率更高的时候，给出了一个非常绝对的结论，肯定是编译型的语言效率最高，因为解释型的语言需要边解释边执行，造成的性能开销肯定更大，效率更差。

照理来说是这样的，而且统计数据也证实了这一点。有开发者根据 The Benchmarks Game 的测试数据制作了一份可视化图表，具体可见：编程语言效率可视化

事实上从绝对性能上来看，Go，Java一类的解释型语言效率并不差，但肯定是没办法跟C相提并论的。

Sun在上个世纪就已经意识到了这个问题，当然也给出了一些解决方案，其中之一便是JIT。先不讲原理，看效果。

//C版本
 
#include <stdio.h>
#include <time.h>
 
int f(int n)
{
    return (n<3)? 1 : f(n-1)+f(n-2);//如果是前两项，则输出1
}
 
int main(int argc, const char * argv[]) {
    int n;
    clock_t start, finish;
    double Total_time;
    n=45;
    start = clock();
    printf("%d\n",f(n));
    finish = clock();
    Total_time = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC; //单位换算成秒
    printf("%f seconds\n", Total_time);
    return 0;
}

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

//Java版本
 
public class Main {
    public static int f(int n){
        return (n<3)? 1 : f(n-1)+f(n-2);//如果是前两项，则输出1
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        int n;
        long start, finish;
        double Total_time;
        n=45;
        start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(f(n));
        finish = System.currentTimeMillis();
        Total_time = (double)(finish - start) / 1000; //单位换算成秒
        System.out.println(Total_time);
    }
}

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

# Python 版本
import time
 
def f(n):
    if n < 3:
        return 1
    else:
        return f(n - 1) + f(n - 2)
 
if __name__ == "__main__":
    n = 45
    start = time.time()
    print(f(45))
    end = time.time()
    print(end - start)

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

很简单，就是计算斐波那契数列的值，这里初始值取45，能看出性能的差距，耗费的时间也不会很长（Python除外）。

运行时间如下：

//C
1134903170
3.865728 seconds
Program ended with exit code: 0
 
//Java
1134903170
2.515
 
进程已结束,退出代码0
 
//Python
1134903170
207.55029606819153
 
进程已结束,退出代码0

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

可以看到一个奇怪的现象，那就是Java运行耗时会比C更短。在代码结构完全相同的情况下，JVM一定在运行时帮我们做了很多工作。在这段代码中，功劳最大的便是JIT（其实是Java的内存管理）。

JIT即时编译器介绍

为了优化Java的性能 ，JVM在解释器之外引入了即时（Just In Time）编译器：当程序运行时，解释器首先发挥作用，代码可以直接执行。随着时间推移，即时编译器逐渐发挥作用，把越来越多的代码编译优化成本地代码，来获取更高的执行效率。解释器这时可以作为编译运行的降级手段，在一些不可靠的编译优化出现问题时，再切换回解释执行，保证程序可以正常运行。
即时编译器极大地提高了Java程序的运行速度，而且跟静态编译相比，即时编译器可以选择性地编译热点代码，省去了很多编译时间，也节省很多的空间。目前，即时编译器已经非常成熟了，在性能层面甚至可以和编译型语言相比。不过在这个领域，大家依然在不断探索如何结合不同的编译方式，使用更加智能的手段来提升程序的运行速度。

上面这段话又是我抄过来的。简而言之就是，JVM会将一些经常执行的代码段编译为机器码来执行，这部分代码的执行效率便可以与编译型语言相媲美。很显然，上述斐波那契数列递归计算部分一定被编译为机器码。

但这不足以解释为什么Java的执行效率会超过C。JVM一定还做了其他工作！

接下来我通过一个例子来说明JVM到底做了哪些工作，当然很不全面，例子也是我抄来的。

首先给出一段代码：

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.get();
         z = wrapper.get();
         sum = y + z;
     }
 }
 
 class Wrapper {
     final int value;
     final int get() {
         return value;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

假设这段代码是Hot Spot，JVM并不会直接把这段代码编译为机器码，而是会对其进行优化。最终是把下面这段代码编译为机器码。

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.value;
         sum = y + y;
     }
 }
 
 class Wrapper {
     final int value;
     final int get() {
         return value;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

这些代码的优化都是遵循一些固定的方法的，一步一步进行优化。

• Inline Method(方法内联) 
  用 b.value 取代 wrapper.get()， 不透过函数呼叫而直接存取 wrapper.value 来减少延迟。

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.value;
         z = wrapper.value;
         sum = y + z;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

• 移除多余的载入
  用 z = y取代z = wrapper.value， 所以只存取区域变量而不是wrapper.value 来减少延迟。

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.value;
         z = y;
         sum = y + z;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

• Copy Propagation(复写传播)
  用y = y取代z = y，没有必要再用一个变量z，因为z跟y会是相等的。

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.value;
         y = y;
         sum = y + y;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

• 消除不用的源代码
  y = y是不必要的，可以消灭掉。

 class Calculator {
     Wrapper wrapper;
     public void calculate() {
         y = wrapper.value;
         sum = y + y;
     }
 }

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

最终优化完成。

一些小提示，提示我上课的时候要讲什么：

JMH基准测试