### 1、执行引擎概述 执行引擎是Java虚拟机核心的组成部分之。“虚拟机”是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。 JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JYM所识别的字节码指令、符号表，以及其他辅助信息。 那么，如果想要让一个Java程序运行起来，执行引擎(Execution Engine)的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才可以。简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。  **执行引擎的工作过程：** - 1)执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器。 - 2)每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。 - 3)当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。  从外观上来看，所有的Java虚拟机的执行引擎输入、输出都是一-致的:输入的是字节码二进制流，处理过程是字节码解析执行的等效过程，输出的是执行结果。 ### 2、代码编译与执行过程  大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前，都需要经过上图中的各个步骤。 Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示:  **问题:什么是解释器(Interpreter) ,什么是JIT编译器?** **解释器**:当Java虚拟机启动时会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，解释器的作用就是将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。 **JIT(Just In Time Compiler)编译器**：就是虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言。 **问题:为什么说Java是半编译半解释型语言?** JDK1.0时代，将Java语言定位为“解释执行”还是比较准确的。再后来，Java也发展出可以直接生成本地代码的编译器。现在JVM在执行Java代码的时候，通常都会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。 ### 3、解释器 JVM设计者们的初衷仅仅只是单纯地为了满足Java程序实现跨平台特性，因此避免采用静态编译的方式直接生成本地机器指令，从而诞生了实现解释器在运行时采用逐行解释字节码执行程序的想法。 - 解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。 - 当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据程序计数器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。 在Java的发展历史里，一共有两套解释执行器，即古老的**字节码解释器**、现在普遍使用的**模板解释器**。 - 字节码解释器在执行时通过纯软件代码模拟字节码的执行，效率非常低下。 - 模板解释器将每一条字节码和一个模板函数相关联，模板函数中直接产生这条字节码执行时的机器码，从而很大程度上提高了解释器的性能。 > 在HotSpot VM中，解释器主要由Interpreter模块和code模块构成。Interpreter模块:实现了解释器的核心功能；Code模块:用于管理HotSpot VM在运行时生成的本地机器指令。 由于解释器在设计和实现上非常简单，因此除了Java语言之外，还有许多高级语言同样也是基于解释器执行的，比如Python、Perl、Ruby等。但是在今天，基于解释器执行已经沦落为低效的代名词，并且时常被一些C/C++程序员所调侃。为了解决这个问题，JVM平台支持一种叫作即时编译的技术。即时编译的目的是避免函数被解释执行，而是将整个函数体编译成为机器码，每次函数执行时，只执行编译后的机器码即可，这种方式可以使执行效率大幅度提升。不过无论如何，基于解释器的执行模式仍然为中间语言的发展做出了不可磨灭的贡献。 ### 4、JIT即时编译器 HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。它采用解释器与即时编译器并存的架构。在Java虚拟机运行时，解释器和即时编译器能够相互协作，各自取长补短，尽力去选择最合适的方式来权衡编译本地代码的时间和直接解释执行代码的时间。在今天，Java程序的运行性能早己脱胎换骨，已经达到了可以和C/C+十程序一较高下的地步。 有些开发人员会感觉到诧异，既然HotSpot VM中已经内置JIT编译器了，那么为什么还需要再使用解释器来“拖累”程序的执行性能呢？比如JRockit VM内部就不包含解释器，字节码全部都依靠即时编译器编译后执行。 **首先明确**: - 当程序启动后，解释器可以马上发挥作用，省去编译的时间，立即执行。 - 编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后，执行效率高。 所以，尽管JRockit VM中程序的执行性能会非常高效，但程序在启动时必然需要花费更长的时间来进行编译。对于服务端应用来说，启动时间并非是关注重点，但对于那些看中启动时间的应用场景而言，或许就需要采用解释器与即时编译器并存的架构来换取一个平衡点。 在此模式下，当Java虚拟器启动时，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成后再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。随着时间的推移，编译器发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。同时，解释执行在编译器进行激进优化不成立的时候，作为编译器的“逃生门”。 当HotSpot虚拟机启动的时候，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。并且随着程序运行时间的推移，即时编译器逐渐发挥作用，根据热点探测功能，将有价值的字节码编译为本地机器指令，以换取更高的程序执行效率。