深入拆解Java虚拟机
郑雨迪
Oracle 高级研究员，计算机博士
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 为什么我们要学习Java虚拟机？
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模块一：Java虚拟机基本原理 (12讲)
01 | Java代码是怎么运行的？
02 | Java的基本类型
03 | Java虚拟机是如何加载Java类的?
04 | JVM是如何执行方法调用的？（上）
05 | JVM是如何执行方法调用的？（下）
06 | JVM是如何处理异常的？
07 | JVM是如何实现反射的？
08 | JVM是怎么实现invokedynamic的？（上）
09 | JVM是怎么实现invokedynamic的？（下）
10 | Java对象的内存布局
11 | 垃圾回收（上）
12 | 垃圾回收（下）
模块二：高效编译 (12讲)
【工具篇】 常用工具介绍
13 | Java内存模型
14 | Java虚拟机是怎么实现synchronized的？
15 | Java语法糖与Java编译器
16 | 即时编译（上）
17 | 即时编译（下）
18 | 即时编译器的中间表达形式
19 | Java字节码（基础篇）
20 | 方法内联（上）
21 | 方法内联（下）
22 | HotSpot虚拟机的intrinsic
23 | 逃逸分析
模块三：代码优化 (10讲)
24 | 字段访问相关优化
25 | 循环优化
26 | 向量化
27 | 注解处理器
28 | 基准测试框架JMH（上）
29 | 基准测试框架JMH（下）
30 | Java虚拟机的监控及诊断工具（命令行篇）
31 | Java虚拟机的监控及诊断工具（GUI篇）
32 | JNI的运行机制
33 | Java Agent与字节码注入
模块四：黑科技 (3讲)
34 | Graal：用Java编译Java
35 | Truffle：语言实现框架
36 | SubstrateVM：AOT编译框架
尾声 (1讲)
尾声 | 道阻且长，努力加餐
深入拆解Java虚拟机
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25 | 循环优化
郑雨迪 2018-09-17
在许多应用程序中，循环都扮演着非常重要的角色。为了提升循环的运行效率，研发编译器的工程师提出了不少面向循环的编译优化方式，如循环无关代码外提，循环展开等。
今天，我们便来了解一下，Java 虚拟机中的即时编译器都应用了哪些面向循环的编译优化。
循环无关代码外提
所谓的循环无关代码（Loop-invariant Code），指的是循环中值不变的表达式。如果能够在不改变程序语义的情况下，将这些循环无关代码提出循环之外，那么程序便可以避免重复执行这些表达式，从而达到性能提升的效果。
int foo(int x, int y, int[] a) {
int sum = 0;
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
sum += x * y + a[i];
}
return sum;
}
// 对应的字节码
int foo(int, int, int[]);
Code:
0: iconst_0
1: istore 4
3: iconst_0
4: istore 5
6: goto 25
// 循环体开始
9: iload 4 // load sum
11: iload_1 // load x
12: iload_2 // load y
13: imul // x*y
14: aload_3 // load a
15: iload 5 // load i
17: iaload // a[i]
18: iadd // x*y + a[i]
19: iadd // sum + (x*y + a[i])
20: istore 4 // sum = sum + (x*y + a[i])
22: iinc 5, 1 // i++
25: iload 5 // load i
27: aload_3 // load a
28: arraylength // a.length
29: if_icmplt 9 // i < a.length
// 循环体结束
32: iload 4
34: ireturn
举个例子，在上面这段代码中，循环体中的表达式x*y，以及循环判断条件中的a.length均属于循环不变代码。前者是一个整数乘法运算，而后者则是内存访问操作，读取数组对象a的长度。（数组的长度存放于数组对象的对象头中，可通过 arraylength 指令来访问。）
理想情况下，上面这段代码经过循环无关代码外提之后，等同于下面这一手工优化版本。
int fooManualOpt(int x, int y, int[] a) {
int sum = 0;
int t0 = x * y;
int t1 = a.length;
for (int i = 0; i < t1; i++) {
sum += t0 + a[i];
}
return sum;
}
我们可以看到，无论是乘法运算x*y，还是内存访问a.length，现在都在循环之前完成。原本循环中需要执行这两个表达式的地方，现在直接使用循环之前这两个表达式的执行结果。
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精选留言(11)
godtrue现在浏览器终于也可以写留言了，非常好！希望能将和老师相互的讨论的功能也开开，否则，不能进行对话，讲某些问题的效果不太好！
循环优化，站在编译器的角度来作出的优化动作，老师介绍了几种方式，经过听讲，我感觉万变不离其宗，优化的核心关键点还是少做一些事情，当然，事情少做了，作用不能减！
1：循环无关码外提——将循环内的某些无关代码外移，减少某些程序的反复执行
2：循环展开——减少循环条件的判断，针对循环次数少的循环
3：循环判断外提——减少每次循环的都进行判断次数
4：循环剥离——将不通用的处理起来稍微费劲一些的动作，放在循环外处理
总之，要做减法！
性能优化的核心点：
1：让做的快的做
2：如果不能实现，则让做的快的做多一点，做的慢的少做一些
3：取巧，事情少做了，但是目的依旧能够达到作者回复: 对的。在程序语义不改变的情况下，编译器会尽可能地减少生成代码的工作量。
2018-09-17 8- Geek_488a8e这些都是DSP代码典型的优化方法，目的是防止打断CPU的指令流水，提高指令处理的并行度
作者回复: Good to know
2018-09-19 5 
Len老师，如果有这样一段代码：
for( ... ) {
sum += x + y + a[i];
}
借助 Sea-of-Nodes IR 能把「x + y」表达式外提出去。
但，如果表达式变成如下：
sum += x + a[i] + y;
也能借助 IR 外提 「x + y」吗？作者回复: 赞想法！会的。
2018-09-18 4
一个坏人是不是写应用系统的时候没必要按照优化方式写，编译器反正会优化？！作者回复: 很多情况下是的。但也要考虑编译器没有预算来做优化的情况(比如循环太大)。
一般来说，应用代码更应注重可读性。2018-09-17 1
Scott这样展开后有一个强度削弱的机会，四个byte的赋值合并成一个int？作者回复: 对的！不叫强度削弱，叫向量化，下一篇讲
2018-09-17 1
无言的约定for (int i = INIT; i < LIMIT; i += STRIDE) {
if (i < 0 || i >= a.length) { // range check
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
sum += a[i];
}
----------
// 经过下标范围检测外提之后：
if (INIT < 0 || IMAX >= a.length) {
// IMAX 是 i 所能达到的最大值，注意它不一定是 LIMIT-1
detopimize(); // never returns
}
for (int i = INIT; i < LIMIT; i += STRIDE) {
sum += a[i]; // 不包含下标范围检测
}
老师，这个IMAX该如何初始化？2019-10-12
Yoph这些优化全都是即时编译器做的，解释器的执行过程中有相关的优化吗？2019-07-16
天之蓝请教两个问题，循环展开那个例子如果64是65是不是就越界了？实践的代码如果length为6按条件只会循环一次那下标为4、5的不就执行不到了吗？2018-11-28
Leon Wong请问老师，实践环节的循环展开后的数组越界，编译器是怎么处理的？是不是当length小于4，循环完全展开就可以了，实际上这个展开有一个隐含的假定，即length大于4的情况。作者回复: 对的，如果是常量长度，而且小于4，那么完全展开就行了。
2018-10-07
白三岁实践环节的代码，由于i++相应的变成了i+4。前面的判断条件dst.length就不应该减4了吧。作者回复: 观察到位！这个主要是为了避免访问越界。你可以假定length为3，再看看这段代码。
2018-09-28
杨春鹏循环展开优化，如何防止出现数组下边越界？
Length=3n+2，每次循环展开n,n+1,n+2,当第n次循环结束的时候，下标开始从3n+1、3n+2、3n+3，那么访问3n+2与3n+3对应值时，就会出现数组越界。2018-09-19
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