javaaot

① 介绍java的英语短文

电脑方面的吗？？

Java is a programming language originally developed by James Gosling at Sun Microsystems and released in 1995 as a core component of Sun Microsystems' Java platform. The language derives much of its syntax from C and C++ but has a simpler object model and fewer low-level facilities. Java applications are typically compiled to bytecode that can run on any Java virtual machine (JVM) regardless of computer architecture.

The original and reference implementation Java compilers, virtual machines, and class libraries were developed by Sun from 1995. As of May 2007, in compliance with the specifications of the Java Community Process, Sun made available most of their Java technologies as free software under the GNU General Public License. Others have also developed alternative implementations of these Sun technologies, such as the GNU Compiler for Java and GNU Classpath.

One characteristic of Java is portability, which means that computer programs written in the Java language must run similarly on any supported hardware/operating-system platform. One should be able to write a program once, compile it once, and run it anywhere.

This is achieved by compiling the Java language code, not to machine code but to Java bytecode – instructions analogous to machine code but intended to be interpreted by a virtual machine (VM) written specifically for the host hardware. End-users commonly use a Java Runtime Environment (JRE) installed on their own machine for standalone Java applications, or in a Web browser for Java applets.

Standardized libraries provide a generic way to access host specific features such as graphics, threading and networking. In some JVM versions, bytecode can be compiled to native code, either before or ring program execution, resulting in faster execution.

A major benefit of using bytecode is porting. However, the overhead of interpretation means that interpreted programs almost always run more slowly than programs compiled to native executables would, and Java suffered a reputation for poor performance. This gap has been narrowed by a number of optimization techniques introced in the more recent JVM implementations.

One such technique, known as just-in-time (JIT) compilation, translates Java bytecode into native code the first time that code is executed, then caches it. This results in a program that starts and executes faster than pure interpreted code can, at the cost of introcing occasional compilation overhead ring execution. More sophisticated VMs also use dynamic recompilation, in which the VM analyzes the behavior of the running program and selectively recompiles and optimizes parts of the program. Dynamic recompilation can achieve optimizations superior to static compilation because the dynamic compiler can base optimizations on knowledge about the runtime environment and the set of loaded classes, and can identify hot spots - parts of the program, often inner loops, that take up the most execution time. JIT compilation and dynamic recompilation allow Java programs to approach the speed of native code without losing portability.

Another technique, commonly known as static compilation, or ahead-of-time (AOT) compilation, is to compile directly into native code like a more traditional compiler. Static Java compilers translate the Java source or bytecode to native object code. This achieves good performance compared to interpretation, at the expense of portability; the output of these compilers can only be run on a single architecture. AOT could give Java something close to native performance, yet it is still not portable since there are no compiler directives, and all the pointers are indirect with no way to micro manage garbage collection.

Java's performance has improved substantially since the early versions, and performance of JIT compilers relative to native compilers has in some tests been shown to be quite similar.[12][13] The performance of the compilers does not necessarily indicate the performance of the compiled code; only careful testing can reveal the true performance issues in any system.

One of the unique advantages of the concept of a runtime engine is that even the most serious errors (exceptions) in a Java program should not 'crash' the system under any circumstances, provided the JVM itself is properly implemented. Moreover, in runtime engine environments such as Java there exist tools that attach to the runtime engine and every time that an exception of interest occurs they record debugging information that existed in memory at the time the exception was thrown (stack and heap values). These Automated Exception Handling tools provide 'root-cause' information for exceptions in Java programs that run in proction, testing or development environments. Such precise debugging is much more difficult to implement without the run-time support that the JVM offers.

② 了解什么叫做jit compiling，与传统的编译技术有何不同

Java 应用程序的性能经常成为开发社区中的讨论热点。因为该语言的设计初衷是使用解释的方式支持应用程序的可移植性目标，早期
Java 运行时所提供的性能级别远低于 C 和
C++
之类的编译语言。尽管这些语言可以提供更高的性能，但是生成的代码只能在有限的几种系统上执行。在过去的十年中，Java
运行时供应商开发了一些复杂的动态编译器，通常称作即时（Just-in-time，JIT）编译器。程序运行时，JIT
编译器选择将最频繁执行的方法编译成本地代码。运行时才进行本地代码编译而不是在程序运行前进行编译（用 C 或
C++ 编写的程序正好属于后一情形），保证了可移植性的需求。有些 JIT 编译器甚至不使用解释程序就能编译所有的代码，但是这些编译器仍然通过在程序执行时进行一些操作来保持 Java 应用程序的可移植性。
由于动态编译技术的多项改进，在很多应用程序中，现代的 JIT 编译器可以产生与 C 或 C++
静态编译相当的应用程序性能。但是，仍然有很多软件开发人员认为 —— 基于经验或者传闻 ——
动态编译可能严重干扰程序操作，因为编译器必须与应用程序共享 CPU。一些开发人员强烈呼吁对 Java
代码进行静态编译，并且坚信那样可以解决性能问题。对于某些应用程序和执行环境而言，这种观点是正确的，静态编译可以极大地提高 Java
性能，或者说它是惟一的实用选择。但是，静态地编译 Java 应用程序在获得高性能的同时也带来了很多复杂性。一般的
Java 开发人员可能并没有充分地感受到 JIT 动态编译器的优点。

本文考察了 Java 语言静态编译和动态编译所涉及的一些问题，重点介绍了实时 (RT) 系统。简要描述了 Java
语言解释程序的操作原理并说明了现代 JIT 编译器执行本地代码编译的优缺点。介绍了 IBM 在 WebSphere Real Time 中发布的
AOT 编译技术和它的一些优缺点。然后比较了这两种编译策略并指出了几种比较适合使用 AOT
编译的应用程序领域和执行环境。要点在于这两种编译技术并不互斥：即使在使用这两种技术最为有效的各种应用程序中，它们也分别存在一些影响应用程序的优缺
点。

执行 Java 程序

Java 程序最初是通过 Java SDK 的 javac程序编译成本地的与平台无关的格式（类文件）。可将此格式看作 Java
平台，因为它定义了执行 Java 程序所需的所有信息。Java 程序执行引擎，也称作 Java 运行时环境（JRE），包含了为特定的本地平台实现
Java 平台的虚拟机。例如，基于 Linux 的 Intel x86 平台、Sun Solaris 平台和 AIX 操作系统上运行的 IBM
System p 平台，每个平台都拥有一个 JRE。这些 JRE 实现实现了所有的本地支持，从而可以正确执行为
Java 平台编写的程序。

事实上，操作数堆栈的大小有实际限制，但是编程人员极少编写超出该限制的方法。JVM 提供了安全性检查，对那些创建出此类方法的编程人员进行通知。

Java 平台程序表示的一个重要部分是字节码序列，它描述了 Java
类中每个方法所执行的操作。字节码使用一个理论上无限大的操作数堆栈来描述计算。这个基于堆栈的程序表示提供了平台无关性，因为它不依赖任何特定本地平台
的 CPU 中可用寄存器的数目。可在操作数堆栈上执行的操作的定义都独立于所有本地处理器的指令集。Java
虚拟机（JVM）规范定义了这些字节码的执行（参见 参考资料）。执行 Java 程序时，用于任何特定本地平台的任何 JRE 都必须遵守 JVM
规范中列出的规则。

因为基于堆栈的本地平台很少（Intel X87 浮点数协处理器是一个明显的例外），所以大多数本地平台不能直接执行 Java 字节码。为了解决这个问题，早期的 JRE 通过解释字节码来执行 Java 程序。即 JVM 在一个循环中重复操作：

◆获取待执行的下一个字节码；

◆解码；

◆从操作数堆栈获取所需的操作数；

◆按照 JVM 规范执行操作；

◆将结果写回堆栈。

这种方法的优点是其简单性：JRE 开发人员只需编写代码来处理每种字节码即可。并且因为用于描述操作的字节码少于 255 个，所以实现的成本比较低。当然，缺点是性能：这是一个早期造成很多人对 Java 平台不满的问题，尽管拥有很多其他优点。

解决与 C 或 C++ 之类的语言之间的性能差距意味着，使用不会牺牲可移植性的方式开发用于 Java 平台的本地代码编译。

编译 Java 代码

尽管传闻中 Java 编程的 “一次编写，随处运行”
的口号可能并非在所有情况下都严格成立，但是对于大量的应用程序来说情况确实如此。另一方面，本地编译本质上是特定于平台的。那么 Java
平台如何在不牺牲平台无关性的情况下实现本地编译的性能？答案就是使用 JIT 编译器进行动态编译，这种方法已经使用了十年（参见图 1）：

图 1. JIT 编译器

使用 JIT 编译器时，Java
程序按每次编译一个方法的形式进行编译，因为它们在本地处理器指令中执行以获得更高的性能。此过程将生成方法的一个内部表示，该表示与字节码不同但是其级
别要高于目标处理器的本地指令。（IBM JIT
编译器使用一个表达式树序列表示方法的操作。）编译器执行一系列优化以提高质量和效率，最后执行一个代码生成步骤将优化后的内部表示转换成目标处理器的本
地指令。生成的代码依赖运行时环境来执行一些活动，比如确保类型转换的合法性或者对不能在代码中直接执行的某些类型的对象进行分配。JIT
编译器操作的编译线程与应用程序线程是分开的，因此应用程序不需要等待编译的执行。

图 1 中还描述了用于观察执行程序行为的分析框架，通过周期性地对线程取样找出频繁执行的方法。该框架还为专门进行分析的方法提供了工具，用来存储程序的此次执行中可能不会改变的动态值。

因为这个 JIT 编译过程在程序执行时发生，所以能够保持平台无关性：发布的仍然是中立的 Java 平台代码。C 和 C++ 之类的语言缺乏这种优点，因为它们在程序执行前进行本地编译；发布给（本地平台）执行环境的是本地代码。

挑战

尽管通过 JIT 编译保持了平台无关性，但是付出了一定代价。因为在程序执行时进行编译，所以编译代码的时间将计入程序的执行时间。任何编写过大型 C 或 C++ 程序的人都知道，编译过程往往较慢。

为了克服这个缺点，现代的 JIT
编译器使用了下面两种方法的任意一种（某些情况下同时使用了这两种方法）。第一种方法是：编译所有的代码，但是不执行任何耗时多的分析和转换，因此可以快
速生成代码。由于生成代码的速度很快，因此尽管可以明显观察到编译带来的开销，但是这很容易就被反复执行本地代码所带来的性能改善所掩盖。第二种方法是：
将编译资源只分配给少量的频繁执行的方法（通常称作热方法）。低编译开销更容易被反复执行热代码带来的性能优势掩盖。很多应用程序只执行少量的热方法，因
此这种方法有效地实现了编译性能成本的最小化。

动态编译器的一个主要的复杂性在于权衡了解编译代码的预期获益使方法的执行对整个程序的性能起多大作用。一个极端的例子是，程序执行后，您非常清楚哪些方
法对于这个特定的执行的性能贡献最大，但是编译这些方法毫无用处，因为程序已经完成。而在另一个极端，程序执行前无法得知哪些方法重要，但是每种方法的潜
在受益都最大化了。大多数动态编译器的操作介于这两个极端之间，方法是权衡了解方法预期获益的重要程度。

Java 语言需要动态加载类这一事实对 Java
编译器的设计有着重要的影响。如果待编译代码引用的其他类还没有加载怎么办？比如一个方法需要读取某个尚未加载的类的静态字段值。Java
语言要求第一次执行类引用时加载这个类并将其解析到当前的 JVM
中。直到第一次执行时才解析引用，这意味着没有地址可供从中加载该静态字段。编译器如何处理这种可能性？编译器生成一些代码，用于在没有加载类时加载并解
析类。类一旦被解析，就会以一种线程安全的方式修改原始代码位置以便直接访问静态字段的地址，因为此时已获知该地址。

IBM JIT
编译器中进行了大量的努力以便使用安全而有效率的代码补丁技术，因此在解析类之后，执行的本地代码只加载字段的值，就像编译时已经解析了字段一样。另外一
种方法是生成一些代码，用于在查明字段的位置以前一直检查是否已经解析字段，然后加载该值。对于那些由未解析变成已解析并被频繁访问的字段来说，这种简单
的过程可能带来严重的性能问题。

动态编译的优点

动态地编译 Java 程序有一些重要的优点，甚至能够比静态编译语言更好地生成代码，现代的 JIT 编译器常常向生成的代码中插入挂钩以收集有关程序行为的信息，以便如果要选择方法进行重编译，就可以更好地优化动态行为。

关于此方法的一个很好的例子是收集一个特定 array操作的长度。如果发现每次执行操作时该长度基本不变，则可以为最频繁使用的

array长度生成专门的代码，或者可以调用调整为该长度的代码序列。由于内存系统和指令集设计的特性，用于复制内存的最佳通用例程的执行速度通
常比用于复制特定长度的代码慢。例如，复制 8
个字节的对齐的数据可能需要一到两条指令直接复制，相比之下，使用可以处理任意字节数和任意对齐方式的一般复制循环可能需要 10 条指令来复制同样的 8

个字节。但是，即使此类专门的代码是为某个特定的长度生成的，生成的代码也必须正确地执行其他长度的复制。生成代码只是为了使常见长度的操作执行得更快，
因此平均下来，性能得到了改进。此类优化对大多数静态编译语言通常不实用，因为所有可能的执行中长度恒定的操作比一个特定程序执行中长度恒定的操作要少得
多。

此类优化的另一个重要的例子是基于类层次结构的优化。例如，一个虚方法调用需要查看接收方对象的类调用，以便找出哪个实际目标实现了接收方对象的虚方法。
研究表明：大多数虚调用只有一个目标对应于所有的接收方对象，而 JIT
编译器可以为直接调用生成比虚调用更有效率的代码。通过分析代码编译后类层次结构的状态，JIT
编译器可以为虚调用找到一个目标方法，并且生成直接调用目标方法的代码而不是执行较慢的虚调用。当然，如果类层次结构发生变化，并且出现另外的目标方法，
则 JIT
编译器可以更正最初生成的代码以便执行虚调用。在实践中，很少需要作出这些更正。另外，由于可能需要作出此类更正，因此静态地执行这种优化非常麻烦。

因为动态编译器通常只是集中编译少量的热方法，所以可以执行更主动的分析来生成更好的代码，使编译的回报更高。事实上，大部分现代的
JIT
编译器也支持重编译被认为是热方法的方法。可以使用静态编译器（不太强调编译时间）中常见的非常主动的优化来分析和转换这些频繁执行的方法，以便生成更好
的代码并获得更高的性能。

这些改进及其他一些类似的改进所产生的综合效果是：对于大量的 Java 应用程序来说，动态编译已经弥补了与 C 和 C++ 之类语言的静态本地编译性能之间的差距，在某些情况下，甚至超过了后者的性能。

缺点

但是，动态编译确实具有一些缺点，这些缺点使它在某些情况下算不上一个理想的解决方案。例如，因为识别频繁执行的方法以及编译这些方法需要时间，所以应用
程序通常要经历一个准备过程，在这个过程中性能无法达到其最高值。在这个准备过程中出现性能问题有几个原因。首先，大量的初始编译可能直接影响应用程序的
启动时间。不仅这些编译延迟了应用程序达到稳定状态的时间（想象 Web
服务器经
历一个初始阶段后才能够执行实际有用的工作），而且在准备阶段中频繁执行的方法可能对应用程序的稳定状态的性能所起的作用也不大。如果 JIT
编译会延迟启动又不能显着改善应用程序的长期性能，则执行这种编译就非常浪费。虽然所有的现代 JVM
都执行调优来减轻启动延迟，但是并非在所有情况下都能够完全解决这个问题。

其次，有些应用程序完全不能忍受动态编译带来的延迟。如 GUI 接口之类交互式应用程序就是这样的例子。在这种情况下，编译活动可能对用户使用造成不利影响，同时又不能显着地改善应用程序的性能。

最后，用于实时环境并具有严格的任务时限的应用程序可能无法忍受编译的不确定性性能影响或动态编译器本身的内存开销。

因此，虽然 JIT 编译技术已经能够提供与静态语言性能相当（甚至更好）的性能水平，但是动态编译并不适合于某些应用程序。在这些情况下，Java 代码的提前（Ahead-of-time，AOT）编译可能是合适的解决方案。

AOT Java 编译

大致说来，Java 语言本地编译应该是为传统语言（如 C++ 或
Fortran）而开发的编译技术的一个简单应用。不幸的是，Java 语言本身的动态特性带来了额外的复杂性，影响了 Java
程序静态编译代码的质量。但是基本思想仍然是相同的：在程序执行前生成 Java 方法的本地代码，以便在程序运行时直接使用本地代码。目的在于避免
JIT 编译器的运行时性能消耗或内存消耗，或者避免解释程序的早期性能开销。

挑战

动态类加载是动态 JIT 编译器面临的一个挑战，也是 AOT
编译的一个更重要的问题。只有在执行代码引用类的时候才加载该类。因为是在程序执行前进行 AOT
编译的，所以编译器无法预测加载了哪些类。就是说编译器无法获知任何静态字段的地址、任何对象的任何实例字段的偏移量或任何调用的实际目标，甚至对直接调
用（非虚调用）也是如此。在执行代码时，如果证明对任何这类信息的预测是错误的，这意味着代码是错误的并且还牺牲了 Java 的一致性。

因为代码可以在任何环境中执行，所以类文件可能与代码编译时不同。例如，一个 JVM
实例可能从磁盘的某个特定位置加载类，而后面一个实例可能从不同的位置甚至网络加载该类。设想一个正在进行 bug
修复的开发环境：类文件的内容可能随不同的应用程序的执行而变化。此外，Java 代码可能在程序执行前根本不存在：比如 Java
反射服务通常在运行时生成新类来支持程序的行为。

缺少关于静态、字段、类和方法的信息意味着严重限制了 Java 编译器中优化框架的大部分功能。内联可能是静态或动态编译器应用的最重要的优化，但是由于编译器无法获知调用的目标方法，因此无法再使用这种优化。

内联

内联是一种用于在运行时生成代码避免程序开始和结束时开销的技术，方法是将函数的调用代码插入到调用方的函数中。但是内联最大的益处可能是优化方可见的代码的范围扩大了，从而能够生成更高质量的代码。下面是一个内联前的代码示例：

int foo() { int x=2, y=3; return bar(x,y); }final int bar(int a, int b) { return a+b; }

如果编译器可以证明这个 bar就是 foo()中调用的那个方法，则 bar中的代码可以取代 foo()中对
bar()的调用。这时，bar()方法是 final类型，因此肯定是 foo()中调用的那个方法。甚至在一些虚调用例子中，动态 JIT
编译器通常能够推测性地内联目标方法的代码，并且在绝大多数情况下能够正确使用。编译器将生成以下代码：

int foo() { int x=2, y=3; return x+y; }

在这个例子中，简化前名为值传播的优化可以生成直接返回
5的代码。如果不使用内联，则不能执行这种优化，产生的性能就会低很多。如果没有解析
bar()方法（例如静态编译），则不能执行这种优化，而代码必须执行虚调用。运行时，实际调用的可能是另外一个执行两个数字相乘而不是相加的
bar方法。所以不能在 Java 程序的静态编译期间直接使用内联。

AOT
代码因此必须在没有解析每个静态、字段、类和方法引用的情况下生成。执行时，每个这些引用必须利用当前运行时环境的正确值进行更新。这个过程可能直接影响
第一次执行的性能，因为在第一次执行时将解析所有引用。当然，后续执行将从修补代码中获益，从而可以更直接地引用实例、静态字段或方法目标。

另外，为 Java 方法生成的本地代码通常需要使用仅在单个 JVM 实例中使用的值。例如，代码必须调用 JVM
运行时中的某些运行时例程来执行特定操作，如查找未解析的方法或分配内存。这些运行时例程的地址可能在每次将 JVM 加载到内存时变化。因此 AOT
编译代码需要绑定到 JVM 的当前执行环境中，然后才能执行。其他的例子有字符串的地址和常量池入口的内部位置。

在 WebSphere Real Time 中，AOT 本地代码编译通过 jxeinajar工具（参见图 2）来执行。该工具对 JAR 文件中所有类的所有方法应用本地代码编译，也可以选择性地对需要的方法应用本地代码编译。结果被存储到名为 Java eXEcutable (JXE) 的内部格式中，但是也可轻松地存储到任意的持久性容器中。

您可能认为对所有的代码进行静态编译是最好的方法，因为可以在运行时执行最大数量的本地代码。但是此处可以作出一些权衡。编译的方法越多，代码占用的内存
就越多。编译后的本地代码大概比字节码大 10 倍：本地代码本身的密度比字节码小，而且必须包含代码的附加元数据，以便将代码绑定到 JVM
中，并且在出现异常或请求堆栈跟踪时正确执行代码。构成普通 Java 应用程序的 JAR
文件通常包含许多很少执行的方法。编译这些方法会消耗内存却没有什么预期收益。相关的内存消耗包括以下过程：将代码存储到磁盘上、从磁盘取出代码并装入
JVM，以及将代码绑定到 JVM。除非多次执行代码，否则这些代价不能由本地代码相对解释的性能优势来弥补。

图 2. jxeinajar

跟大小问题相违背的一个事实是：在编译过的方法和解释过的方法之间进行的调用（即编译过的方法调用解释过的方法，或者相反）可能比这两类方法各自内部之间
进行的调用所需的开销大。动态编译器通过最终编译所有由 JIT
编译代码频繁调用的那些解释过的方法来减少这项开销，但是如果不使用动态编译器，则这项开销就不可避免。因此如果是选择性地编译方法，则必须谨慎操作以使
从已编译方法到未编译方法的转换最小化。为了在所有可能的执行中都避免这个问题而选择正确的方法会非常困难。
优点
虽然 AOT 编译代码具有上述的缺点和挑战，但是提前编译 Java 程序可以提高性能，尤其是在不能将动态编译器作为有效解决方案的环境中。

可以通过谨慎地使用 AOT 编译代码加快应用程序启动，因为虽然这种代码通常比 JIT
编译代码慢，但是却比解释代码快很多倍。此外，因为加载和绑定 AOT
编译代码的时间通常比检测和动态编译一个重要方法的时间少，所以能够在程序执行的早期达到那样的性能。类似地，交互式应用程序可以很快地从本地代码中获
益，无需使用引起较差响应能力的动态编译。

RT 应用程序也能从 AOT 编译代码中获得重要的收益：更具确定性的性能超过了解释的性能。WebSphere Real Time
使用的动态 JIT 编译器针对在 RT 系统中的使用进行了专门的调整。使编译线程以低于 RT
任务的优先级操作，并且作出了调整以避免生成带有严重的不确定性性能影响的代码。但是，在一些 RT 环境中，出现 JIT
编译器是不可接受的。此类环境通常需要最严格的时限管理控制。在这些例子中，AOT
编译代码可以提供比解释过的代码更好的原始性能，又不会影响现有的确定性。消除 JIT
编译线程甚至消除了启动更高优先级 RT 任务时发生的线程抢占所带来的性能影响。

优缺点统计

动态（JIT）编译器支持平台中立性，并通过利用应用程序执行的动态行为和关于加载的类及其层次结构的信息来生成高质量的代码。但是
JIT
编译器具有一个有限的编译时预算，而且会影响程序的运行时性能。另一方面，静态（AOT）编译器则牺牲了平台无关性和代码质量，因为它们不能利用程序的动
态行为，也不具有关于加载的类或类层次结构的信息。AOT 编译拥有有效无限制的编译时预算，因为 AOT
编译时间不会影响运行时性能，但是在实践中开发人员不会长期等待静态编译步骤的完成。

表 1 总结了本文讨论的 Java 语言动态和静态编译器的一些特性：

表 1. 比较编译技术

两种技术都需要谨慎选择编译的方法以实现最高的性能。对动态编译器而言，编译器自身作出决策，而对于静态编译器，由开发人员作出选择。让
JIT 编译器选择编译的方法是不是优点很难说，取决于编译器在给定情形中推断能力的好坏。在大多数情况下，我们认为这是一种优点。

因为它们可以最好地优化运行中的程序，所以 JIT 编译器在提供稳定状态性能方面更胜一筹，而这一点在大量的生产 Java
系统中最为重要。静态编译可以产生最佳的交互式性能，因为没有运行时编译行为来影响用户预期的响应时间。通过调整动态编译器可以在某种程度上解决启动和确
定性性能问题，但是静态编译在需要时可提供最快的启动速度和最高级别的确定性。表 2 在四种不同的执行环境中对这两种编译技术进行了比较：

表 2. 使用这些技术的最佳环境

图 3 展示了启动性能和稳定状态性能的总体趋势：

图 3. AOT 和 JIT 的性能对比

使用 JIT 编译器的初始阶段性能很低，因为要首先解释方法。随着编译方法的增多及 JIT
执行编译所需时间的缩短，性能曲线逐渐升高最后达到性能峰值。另一方面，AOT 编译代码启动时的性能比解释的性能高很多，但是无法达到 JIT
编译器所能达到的最高性能。将静态代码绑定到 JVM 实例中会产生一些开销，因此开始时的性能比稳定状态的性能值低，但是能够比使用 JIT
编译器更快地达到稳定状态的性能水平。

没有一种本地代码编译技术能够适合所有的 Java
执行环境。某种技术所擅长的通常正是其他技术的弱项。出于这个原因，需要同时使用这两种编译技术以满足 Java
应用程序开发人员的要求。事实上，可以结合使用静态和动态编译以便提供最大可能的性能提升 —— 但是必须具备平台无关性，它是 Java
语言的主要卖点，因此不成问题。

结束语

本文探讨了 Java 语言本地代码编译的问题，主要介绍了 JIT 编译器形式的动态编译和静态 AOT 编译，比较了二者的优缺点。

虽然动态编译器在过去的十年里实现了极大的成熟，使大量的各种 Java 应用程序可以赶上或超过静态编译语言（如 C++ 或
Fortran）所能够达到的性能。但是动态编译在某些类型的应用程序和执行环境中仍然不太合适。虽然 AOT
编译号称动态编译缺点的万能解决方案，但是由于 Java 语言本身的动态特性，它也面临着提供本地编译全部潜能的挑战。

这两种技术都不能解决 Java 执行环境中本地代码编译的所有需求，但是反过来又可以在最有效的地方作为工具使用。这两种技术可以相互补充。能够恰当地使用这两种编译模型的运行时系统可以使很大范围内的应用程序开发环境中的开发人员和用户受益。

③ java是编译型语言还是解释型语言

概念：

编译型语言：把做好的源程序全部编译成二进制代码的可运行程序。然后，可直接运行这个程序。

解释型语言：把做好的源程序翻译一句，然后执行一句，直至结束！

区别：

编译型语言，执行速度快、效率高；依赖编译器、跨平台性差些。如C、C++、Delphi、 Pascal，Fortran。

解释型语言，执行速度慢、效率低；依赖解释器、跨平台性好。如Java、Basic.

通俗的讲，编译语言是在编译后可以直接运行，而解释语言的执行需要一个解释环境。

java很特殊，java程序也需要编译，但是没有直接编译称为机器语言，而是编译称为字节码，然后用解释方式执行字节码。

JIT:

首先采用编译形式生成某种中介代码(Java bytecode/MSIL)，然后在运行时将其（通常以函数或Block为单位）最终转换成机器码，然后执行，转化的机器码可以被cache，以提高重复执行的效率

JAVA的第一道工序是javac编译，当然目标文件是BYTECODE。后续可能有三种处理方式：
1. 运行时，BYTECODE由JVM逐条解释执行，
2. 运行时，部分代码可能由JIT翻译为目标机器指令（以method为翻译单位，还会保存起来，第二次执行就不用翻译了）直接执行；
3. RTSJ。继JAVAC之后执行AOT二次编译，生成静态的目标平台代码（典型的就是IBM WEBSHPERE REAL TIME）。

④ Java中有类似于NGen的工具吗

Java世界里有很多AOT编译的解决方案，虽然Oracle/Sun JDK到JDK8为止都还没有提供这样的功能。

先来几个传送门：

HotSpot VM JIT的编译产出，理论上能否被复用？ - RednaxelaFX 的回答

逃逸分析为何不能在编译期进行？ - RednaxelaFX 的回答

为什么Java不能由JVM产生针对特定操作系统的机器码从而提高效率？ - RednaxelaFX 的回答

请教：对Java类库jar文件，有什么好的防止反编译办法，最好是加密/解密方案，而不是代码混淆方案。 - RednaxelaFX 的回答

如何将Java打包成exe文件在没有JRE环境的电脑上执行？ - RednaxelaFX 的回答

各个操作系统下的 JVM 是谁开发出来的？ - RednaxelaFX 的回答

ios设备如何java编译？ - RednaxelaFX 的回答
java现在能直接编译成机器码? - Java

在深入到具体实现前，要先强调一点：

AOT编译（Ahead-of-Time Compilation）不但涉及一个编译器，还要涉及配套的运行时支持系统（runtime system）。两者通常是紧密耦合的。
换
句话说，一个AOT编译器只能跟自己的runtime搭配使用，这个runtime可以是一个完整的VM（如NGen与CLR的搭配），也可以是一个比较
小的runtime（如.NET Native里的MRT（Minimal Runtime），只提供基础的GC、多线程支持等功能）。

所以不要想象说下面列举的工具能够对Java做AOT编译，然后运行时还搭配Oracle JDK / OpenJDK来使用。

来看看一些具体实现。

IBM JDK6+ - Enhance performance with class sharing

IBM JDK是主流JDK之一，并且提供了AOT编译的功能。
这个AOT编译的主要目的是提高启动速度，以及在多个进程之间共享AOT编译出来的机器码。
被AOT编译的代码在运行时还可以再次被JIT编译，这样既能提高启动速度，又不会影响最高速度（peak performance）。

这个AOT编译用的编译器就是IBM J9 VM里的JIT编译器，只是让它以AOT模式来工作。这点跟NGen有点类似（NGen也是直接用CLR里的JIT编译器来生成native image）。跟它搭配使用的runtime自然就是完整的J9 VM。
不
过跟NGen不同的是，NGen是真的在程序执行前就做了编译，而IBM
J9提供的AOT编译其实是在用户第一次运行程序时把特殊模式的JIT编译生成的代码缓存到磁盘上，后续执行的时候就可以直接使用该缓存里的机器码。所以
IBM把这个功能叫做“dynamic AOT”。

Excelsior JET

一个比较成熟的商业的Java AOT编译解决方案。仅支持x86上的若干操作系统。
这个AOT编译器是自己写的一个私有的编译器，其搭配使用的runtime也是私有的。它支持几种不同的编译模式，搭配使用的runtime可以完全不带解释器/JIT编译器，只带有GC、线程支持等功能，也可以带有更完整的JVM功能。

现在可能很多人都知道Android的ART，而对Java世界里的老前辈们没啥认知。其实ART的AOT编译与解释器/JIT混合的方式，跟Excelsior JET（以及下面提到的GCJ）是相当相似的。

GCJ

一个开源的Java运行时系统，支持AOT编译、解释执行与JIT编译。GCJ是GCC的一部分。在OpenJDK流行起来之前，通常各种Linux发行版带的Java实现会是GCJ。

RoboVM

一个让Java程序可以运行在iOS上的开源解决方案。

iOS不允许第三方程序做运行时代码生成（也就是不允许JIT编译），所以在iOS上运行程序要么得AOT编译，要么只能解释执行。Oracle ADF选择使用一个只能解释执行的JVM来支持Java程序，而RoboVM选择使用AOT编译。

RoboVM的AOT编译器借助了不少现成的框架来实现。其中最重要的两个是Soot与LLVM，前者解决编译器前端、后者解决编译器后端，RoboVM自己只要解决一些跟runtime搭配的地方就好了。
RoboVM配套的runtime是自己写的一个比较小的runtime。

VMKit

VMKit是一个基于许多现成的库组合起来实现的VM，主要可以用作JVM，也可配置为一个CLI。
VMKit支持AOT编译。它的JIT与AOT编译器都是基于LLVM实现的。不过实现得比较粗糙嗯。

Avian

Avian不是一个完整的JVM，只支持Java的一个比较有用的子集。很多时候也够用了。
它可以支持AOT编译。

ART (Android Runtime)

ART和Dalvik VM虽然不直接实现Java字节码，但从整个系统的角度看它们俩都是不折不扣的Java系统。
ART支持AOT编译与解释执行。Java程序的启动速度在ART上是比在Dalvik VM上快多了。

只想强调一点：ART的AOT编译并不依赖LLVM。详情请参考另外几个回答：

Android 中的 LLVM 主要做什么？ - RednaxelaFX 的回答

如何看待微软新出的LLILC，一个新的基于LLVM的CoreCLR JIT/AOT编译器？ - RednaxelaFX 的回答

Jikes RVM、Maxine VM、Joeq

这三个是元循环Java虚拟机的代表。关于元循环虚拟机（metacircular VM），请参考另一个回答：用 JavaScript 写成的 JavaScript 解释器，意义是什么？ - RednaxelaFX 的回答
它们都是用纯Java实现的Java虚拟机，而且都能独立运行，也就是说可以自举（bootstrap）。要实现bootstrap，它们就必然需要能支持AOT编译的编译器。

所以说在这类实现里，AOT编译不是为了提高启动速度，而是为了实现bootstrap的根本需求。有趣的是，它们可以（在一定范围内）支持定制boot image的内容，也就是说可以让Java应用程序与JVM一起AOT编译构成boot image。

JNode - Java New Operating System Design Effort

JNode是一个用纯Java实现的操作系统。这比上面三个元循环Java虚拟机还要更进一步，可以在裸硬件上bootstrap。自然，它也需要一个支持AOT编译的编译器，同样是出于实现的根本需求。

Oracle Labs: Substrate VM

Substrate VM是Oracle Labs的一个研究项目，跟Graal编译器与Truffle框架搭配使用。它实现了一个很小型的、可定制的runtime，可以让基于Truffle实现的编程语言可以脱离标准JVM独立运行。
这里，Substrate VM提供的是runtime的功能，真正的AOT编译器是Graal。

Oracle/Sun JDK

其
实Sun以前在JDK6时期研究过实现AOT编译，但是当时选择的实现方式比较取巧。后来发现效果并不理想，而且在有了多层编译系统（tiered
compilation system）之后这个AOT编译的原型实现在启动速度上根本没有优势，就把这个项目搁置了。具体细节抱歉我无法多说。

但是Oracle JDK在计划提供新的AOT编译支持。或许会在未来版本的Oracle JDK里出现。请拭目以待。
目前Oracle在公开场合介绍这个AOT编译器的主要资料是JVMLS 2015上的一个演讲，Java Goes AOT - JVMLS 2015 （打不开请自备工具…），有兴趣的同学可以参考下。它是一个基于Graal编译器的实现。

IKVM.NET

前面说的AOT编译解决方案都是把Java（包含Java字节码的Class文件）编译到native code。http://IKVM.NET是一种比较特殊的方案，把Java Class文件编译到.NET Assembly，然后可以用任意CLI（Common Language Infrastructure）实现上运行，例如微软的CLR和Xamarin的Mono。

借助CLR的NGen和Mono的AOT编译，http://IKVM.NET生成的.NET Assembly还可以进一步被编译为native code。这样也算间接达到了AOT编译的目的。

这不是拿来搞笑的。http://IKVM.NET的作者做过一个演示，在Windows上基于IKVM+NGen来运行Eclipse，启动速度比当时的Oracle JDK6快得多…

跟http://IKVM.NET类似的项目以前还有几个，例如Ja.NET（官网挂了，介绍可以看InfoQ的新闻稿）。但活到现在的恐怕就IKVM.NET一家了。

⑤ java基础面试题有哪些

下面是10道java基础面试题，后附答案

1.什么是 Java 虚拟机?为什么 Java 被称作是“平台无关的编程语言”?

Java 虚拟机是一个可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。Java 源文件被编译成能被 Java 虚拟机执行的字节码文件。

Java 被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java 虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

2.“static”关键字是什么意思?Java 中是否可以覆盖(override)一个 private 或者是static 的方法?

“static”关键字表明一个成员变量或者是成员方法可以在没有所属的类的实例变量的情况下被访问。

Java 中 static 方法不能被覆盖，因为方法覆盖是基于运行时动态绑定的，而 static 方法是编译时静态绑定的。static 方法跟类的任何实例都不相关，所以概念上不适用。

3.JDK 和 JRE 的区别是什么?

Java 运行时环境(JRE)是将要执行 Java 程序的 Java 虚拟机。它同时也包含了执行 applet 需要的浏览器插件。Java 开发工具包 (JDK)是完整的 Java 软件开发包，包含了 JRE，编译器和其他的工具(比如：JavaDoc，Java 调试器)，可以让开发者开发、编译、执行 Java 应用程序。

4.是否可以在 static 环境中访问非 static 变量?

static 变量在 Java 中是属于类的，它在所有的实例中的值是一样的。当类被 Java 虚拟机载入的时候，会对 static 变量进行初始化。如果你的代码尝试不用实例来访问非 static 的变量，编译器会报错，因为这些变量还没有被创建出来，还没有跟任何实例关联上。

5.Java 支持的数据类型有哪些?什么是自动拆装箱?

Java 语言支持的 8 中基本数据类型是：

byte

short

int

long

float

double

boolean

char

自动装箱是 Java 编译器在基本数据类型和对应的对象包装类型之间做的一个转化。比如：把 int 转化成 Integer，double 转化成 double，等等。反之就是自动拆箱。

6.Java 支持多继承么?

不支持，Java 不支持多继承。每个类都只能继承一个类，但是可以实现多个接口。

7.Java 中，什么是构造函数?什么是构造函数重载?什么是复制构造函数?

当新对象被创建的时候，构造函数会被调用。每一个类都有构造函数。在程序员没有给类提供构造函数的情况下，Java 编译器会为这个类创建一个默认的构造函数。

Java 中构造函数重载和方法重载很相似。可以为一个类创建多个构造函数。每一个构造函数必须有它自己唯一的参数列表。

Java 不支持像 C++中那样的复制构造函数，这个不同点是因为如果你不自己写构造函数的情况下，Java 不会创建默认的复制构造函数。

8.Java 中的方法覆盖(Overriding)和方法重载(Overloading)是什么意思?

Java 中的方法重载发生在同一个类里面两个或者是多个方法的方法名相同但是参数不同的情况。与此相对，方法覆盖是说子类重新定义了父类的方法。方法覆盖必须有相同的方法名，参数列表和返回类型。覆盖者可能不会限制它所覆盖的方法的访问。

9.接口和抽象类的区别是什么?

Java 提供和支持创建抽象类和接口。它们的实现有共同点，不同点在于：

接口中所有的方法隐含的都是抽象的。而抽象类则可以同时包含抽象和非抽象的方法。

类可以实现很多个接口，但是只能继承一个抽象类

类如果要实现一个接口，它必须要实现接口声明的所有方法。但是，类可以不实现抽象类声明的所有方法，当然，在这种情况下，类也必须得声明成是抽象的。

抽象类可以在不提供接口方法实现的情况下实现接口。

Java 接口中声明的变量默认都是 final 的。抽象类可以包含非 final 的变量。

Java 接口中的成员函数默认是 public 的。抽象类的成员函数可以是 private， protected 或者是 public。

接口是绝对抽象的，不可以被实例化。抽象类也不可以被实例化，但是，如果它包含 main 方法的话是可以被调用的。

10.什么是值传递和引用传递?

对象被值传递，意味着传递了对象的一个副本。因此，就算是改变了对象副本，也不会影响源对象的值。

对象被引用传递，意味着传递的并不是实际的对象，而是对象的引用。因此，外部对引用对象所做的改变会反映到所有的对象上。

最后祝你面试顺利！

⑥ 【转】如何保护Java代码

以下从技术角度就常见的保护措施 和常用工具来看看如何有效保护java代码：1. 将java包装成exe 特点：将jar包装成可执行文件，便于使用，但对java程序没有任何保护。不要以为生成了exe就和普通可执行文件效果一样了。这些包装成exe的程序运行时都会将jar文件释放到临时目录，很容易获取。常用的工具有exe4j、jsmooth、NativeJ等等。jsmooth生成的exe运行时临时目录在exe所在目录中或是用户临时目录 中；exe4j生成的exe运行时临时目录在用户临时目录中；NativeJ生成的exe直接用winrar打开，然后用zip格式修复成一个jar文件，就得到了原文件。如果只是为了使用和发布方便，不需要保护java代码，使用这些工具是很好的选择。2. java混淆器特点：使用一种或多种处理方式将class文件、java源代码进行混淆处理后生成新的class，使混淆后的代码不易被反编译，而反编译后的代码难以阅 读和理解。这类混淆器工具很多，而且也很有成效。缺点：虽然混淆的代码反编译后不易读懂，但对于有经验的人或是多花些时间，还是能找到或计算出你代码中隐藏的敏感内容，而且在很多应用中不是全部代码都能混淆的，往往一些关键的库、类名、方法名、变量名等因使用要求的限制反而还不能混淆。3. 隔离java程序到服务端特点：把java程序放到服务端，让用户不能访问到class文件和相关配套文件，客户端只通过接口访问。这种方式在客户/服务模式的应用中能较好地保护java代码。缺点是：必须是客户/服务模式，这种特点限制了此种方式的使用范围；客户端因为逻辑的暴露始终是较为薄弱的环节，所以访问接口时一般都需要安全性认证。4. java加密保护特点：自定义ClassLoader，将class文件和相关文件加密，运行时由此ClassLoader解密相关文件并装载类，要起到保护作用必须自定 义本地代码执行器将自定义ClassLoader和加密解密的相关类和配套文件也保护起来。此种方式能很有效地保护java代码。缺点：可以通过替换JRE包中与类装载相关的java类或虚拟机动态库截获java字节码。 jar2exe属于这类工具。5. 提前编译技术(AOT) 特点：将java代码静态编译成本地机器码，脱离通用JRE。此种方式能够非常有效地保护java代码，且程序启动比通用JVM快一点。具有代表性的是GNU的gcj，可以做到对java代码完全提前编译，但gcj存在诸多局限性，如：对JRE 5不能完整支持、不支持JRE 6及以后的版本。由于java平台的复杂性，做到能及时支持最新java版本和JRE的完全提前编译是非常困难的，所以这类工具往往采取灵活方式，该用即时编译的地方还是 要用，成为提前编译和即时编译的混合体。缺点：由于与通用JRE的差异和java运用中的复杂性，并非java程序中的所有jar都能得到完全的保护；只能使用此种工具提供的一个运行环境，如果工具更新滞后或你需要特定版本的JRE，有可能得不到此种工具的支持。 Excelsior JET属于这类工具。6. 使用jni方式保护特点：将敏感的方法和数据通过jni方式处理。此种方式和“隔离java程序到服务端”有些类似，可以看作把需要保护的代码和数据“隔离”到动态库中，不同的是可以在单机程序中运用。缺点和上述“隔离java程序到服务端”类似。7. 不脱离JRE的综合方式保护特点：非提前编译，不脱离JRE，采用多种软保护方式，从多方面防止java程序被窃取。此种方式由于采取了多种保护措施，比如自定义执行器和装载器、加密、JNI、安全性检测、生成可执行文件等等，使保护力度大大增强，同样能够非常有效地保护java代码。缺点：由于jar文件存在方式的改变和java运用中的复杂性，并非java程序中的所有jar都能得到完全的保护；很有可能并不支持所有的JRE版本。 JXMaker属于此类工具。8. 用加密锁硬件保护特点：使用与硬件相关的专用程序将java虚拟机启动程序加壳，将虚拟机配套文件和java程序加密，启动的是加壳程序，由加壳程序建立一个与硬件相关的 受保护的运行环境，为了加强安全性可以和加密锁内植入的程序互动。此种方式与以上“不脱离JRE的综合方式保护”相似，只是使用了专用硬件设备，也能很好地保护java代码。缺点：有人认为加密锁用户使用上不太方便，且每个安装需要附带一个。从以上描述中我们可以看出：1. 各种保护方式都有其优缺点，应根据实际选用2. 要更好地保护java代码应该使用综合的保护措施3. 单机环境中要真正有效保护java代码，必须要有本地代码程序配合当然，安全都是相对的，一方面看你的保护措施和使用的工具能达到的程度，一方面看黑客的意愿和能力，不能只从技术上保护知识产权。总之，在java 代码保护方面可以采取各种可能的方式，不可拘泥于那些条条框框。

⑦ 苹果App是否可以使用JAVA语言进行编写

不能

Swift和Objective-C共用一套运行时环境，Swift的类型可以桥接到Objective-C（下面我简称OC），反之亦然。两者可以互相引用混合编程。其次就是，OC之前积累的很多类库，在Swift中大部分依然可以直接使用，当然，Swift3之后，一些语法改变了很多，不过还是有迹可循的。OC出现过的绝大多数概念，比如引用计数、ARC、属性、协议、接口、初始化、扩展类、命名参数、匿名函数等，在Swift中继续有效（可能最多换个术语）。Swift大多数概念与OC一样。当然Swift也多出了一些新兴概念，这些在OC中是没有的，比如范型、元组等。

但是：现阶段Swift 到底能不能取代 Objective-C?
答案是还不行。
其实到现在为止 Swift 离完全替代 Objective-C 还是很遥远，因为 Apple 内部一直在用 Objective-C 来做一些 Framework 的开发，底层也不可能用 Swift 实现，所以现在更多的替代是体现在外部开发。
二、Swift比Objective-C有什么优势？

1、Swift容易阅读，语法和文件结构简易化。
2、Swift更易于维护，文件分离后结构更清晰。
3、Swift更加安全，它是类型安全的语言。
4、Swift代码更少，简洁的语法，可以省去大量冗余代码
5、Swift速度更快，运算性能更高。
三、Swift目前存在的缺点

1、版本不稳定，之前升级Swift3大动刀，苦了好多人，swift4目前还未知
2、使用人数比例偏低，目前还是OC的天下
3、社区的开源项目偏少，毕竟OC独大好多年，很多优秀的类库都不支持Swift，不过这种状况正在改变，现在有好多优秀的Swift的开源类库了
4、公司使用的比例不高，很多公司以稳为主，还是在使用OC开发，很少一些在进行混合开发，更少一些是纯Swift开发。
5、偶尔开发中遇到的一些问题，很难查找到相关资料，这是一个弊端。
6、纯Swift的运行时和OC有本质区别，一些OC中运行时的强大功能，在纯Swift中变无效了。
7、对于不支持Swift的一些第三方类库，如果非得使用，只能混合编程，利用桥接文件实现。
四、Swift其他功能说明

1、Swift的内存管理
Swift使用自动引用计数（ARC）来简化内存管理，与OC一致。
2、Swift的可选项类型（Optionals）介绍
Swift引入了可选项类型，用于处理变量值不存在的情况。Optionals类似于OC中指向nil的指针，但是适用于所有数据类型，而非仅仅局限于类，Optionals相比于OC中的nil指针，更加安全和简明，并且也是Swift诸多最强大功能的核心。
3、Swift中的 ！和 ？
这两个符号是用来标记这个变量的值是否可选，！表示可选变量必须保证转换能够成功，否则报错，但定义的变量可以直接使用；？表示可选变量即使转换不成功也不会报错，变量值为nil，如果转换成功，要使用该变量时，后面需要加！进行修饰。

⑧ JAVA是解释型语言还是编译型语言

有些答案对JAVA的理解还停留在上古时代或者教科书里。其实，现在用编译型、解释型来分类编程语言已经有点力不从心了。JAVA的第一道工序是javac编译，当然目标文件是BYTECODE。后续可能有三种处理方式：1. 运行时，BYTECODE由JVM逐条解释执行，2. 运行时，部分代码可能由JIT翻译为目标机器指令（以method为翻译单位，还会保存起来，第二次执行就不用翻译了）直接执行；3. RTSJ。继JAVAC之后执行AOT二次编译，生成静态的目标平台代码（典型的就是IBM WEBSHPERE REAL TIME）。有的时候，可能是以上三种方式同时在使用。至少，1和2是同时使用的，3需要程序员手工指定。所以讨论语言得更细化一点了，强类型的、弱类型的，静态的、动态的，GC-based的、手工管理内存的，有没有VM...

⑨ Java 虚拟机一样的速度甚至出现AOT编译方式吗

不论是物理机还是虚拟机，大部分的程序代码从开始编译到最终转化成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前，都会按照如下图所示的各个步骤进行：

⑩ java思维导图

Java虚拟机是Java语言的运行环境，它是Java别具吸引力的特性之一，属于Java的中级内容。在学习过Java初级知识后，工程师就需要学习Java虚拟机。

周志明的《深入理解Java虚拟机》详细的介绍了Java虚拟机，但是学习的过程中会发现书本很厚，知识点很多，我最开始是采用有道云笔记去记笔记，但是发现知识点过于分散，朋友建议我绘制Java虚拟机的思维导图，更有助于学习Java虚拟机。