java是解释执行还是先编译后执行？

引言

如下图所示，执行java -version命令可以查看jdk版本，如下图。

但是最后一行，你真的懂啥意思吗？

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.212-b10, mixed mode)

或许大多数人知道HotSpot，我们现在用的商业虚拟机基本上都是HotSpot，那Server VM是啥意思，mixed mode混合模式指的是啥？别急，待我慢慢道来。

1、HotSpot虚拟机的两种模式

hotspot虚拟机其实还分两种模式：

server模式：为在客户端环境中减少启动时间而优化
client模式：为在服务器环境中最大化程序执行速度而设计

因此，Server VM启动比Client VM慢，运行比Client VM快。

一般来说，32位的hotspot都是client模式，64位的hotspot都是server模式，但是可以修改。有两种修改方式：

通过配置文件永久修改（配置文件位置：）
通过虚拟机参数临时修改

配置文件的位置：

32位的虚拟机在%JAVA_HOME%/jre/lib/i386/jvm.cfg
64位的虚拟机在%JAVA_HOME%/jre/lib/amd64/jvm.cfg

配置文件内容如下如所示：

第一行是虚拟机默认的模式，如果想将虚拟机切换为client模式，则将第一行和第二行调换一下位置即可。

client为IGNORE，事实上64位的虚拟机无法将server模式切换为client模式。

2、java编译原理

在讲什么是混合模式之前，有必要先讲述一下java的编译原理。

首先，什么是字节码、机器码、本地代码？

字节码就是.class文件，java源代码通过javac编译成字节码
机器码和本地代码实际上是一回事，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，需要通过jvm解释或编译成机器码才能运行

java为什么不直接编译成机器码？有三点原因：

因为java的"一次编码，到处运行"特性，编译成机器码就没有这个特性了。
之所以不一次性全部编译，是因为有一些代码只运行一次，没必要编译，直接解释运行就可以。而那些“热点”代码，反复解释执行肯定很慢，JVM 在运行程序的过程中不断优化，用JIT编译器编译那些热点代码，让他们不用每次都逐句解释执行
解释器与编译器共存，这个下面会讲

2.1、Java编译步骤

根据完成任务的不同，可以将编译器的组成部分划分为前端与后端：

前端编译主要指与源语言有关但与目标机无关的部分，javac就是前端编译，除此之外，很多IDE（如idea、eclipse）都内置了前端编译器
后端编译主要指与目标机有关的部分，包括代码优化和目标代码生成等，这部分编译主要是将.class文件翻译成机器指令的编译过程

2.2、JIT（即使编译器）

JIT（just in time）即时编译器，能在JVM发现热点代码（即运行频繁的某个方法或代码块）时，将这些热点代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各个层次的优化，目的就是为了提高热点代码的执行效率。

传统的JVM解释器，将字节码逐条翻译成机器码，其执行速度必然比直接执行机器码慢得多，为解决效率问题，引进了JIT技术。

JAVA程序首先还是通过解释器进行解释执行，原因如下：

如果这段代码本身在将来只会被执行一次，那么从本质上看，编译就是在浪费精力，因为将代码翻译成 java 字节码相对于先编译再执行代码来说，要快很多
为了优化。当 JVM 执行某一方法或循环的次数越多，就会更加了解代码结构，那么 JVM 在编译代码的时候就做出相应的优化

当JVM发现热点代码时，JIT会把部分热点代码翻译成机器码，并进行优化，然后再把翻译后的机器码缓存起来，以备下次使用。

HotSpot虚拟机中内置了两个JIT编译器：

Client Complier（C1轻量级编译器，编译不够彻底，但编译速度快）
Server Complier（C2编译器，编译更彻底，更好的编译质量）

分别用在客户端和服务端，目前主流的HotSpot虚拟机中默认是采用解释器与其中一个编译器直接配合的方式工作。无论是Client Complier还是Server Complier，解释器与编译器的搭配使用方式都是混合模式（mixed mode）

2.3、解释器与编译器共存

下图展示了解释器与编译器的交互。

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。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。当程序运行环境中内存资源限制较大（如部分嵌入式系统中），可以使用解释器执行节约内存，反之可以使用编译执行来提升效率。此外，如果编译后出现“罕见陷阱”，可以通过逆优化退回到解释执行。

JVM的运行模式：

混合模式（Mixed Mode）：使用解释器 + 其中一个JIT编译器
解释模式（Interpreted Mode）：只使用解释器（-Xint参数强制使用解释模式）
编译模式（Compiled Mode）：只使用编译器（-Xcomp参数强制使用编译模式）

2.4、分层编译

分层编译将 Java 虚拟机的执行状态分为了五个层次，五个层级分别是：

第0层（解释层）启动：这一层主要提供了一些比较关键性方法的性能信息，然后快速进入C1层。
第1层（C1编译器）：通过上一层提供的一些关键方法的性能信息来优化这些代码。本层不包含性能优化的信息。
第2层：基于C1编译器优化的结果来处理，此时会有少数方法通过C1编译器的编译，在本层会为这些少数方法的调用次数和循环分支执行情况，收集它们的性能分析信息。
第3层：得到C1编译器编译的所有方法以及对所有的性能优化信息。
第4层：只对C2编译器有效。

关于分层编译，这里就讲这么多，暂时知道有这么个东西就行，更深层次的原理我暂时也不深究了。

2.5、Java即时编译与C/C++编译对比

Java的劣势：

JIT即时编译器运行占用用户运行时间
Java可以在运行时加载新的类，编译器需要时刻注意类型变化并在运行时撤销或重新进行一些优化
Java对象在堆上分配，垃圾回收比C/C++语言由用户管理开销大

Java的优势：

C/C++编译器属于静态优化，不能在运行期间进行优化。如：调用频率预测、分支频率预测

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