利用specJVM98和Java Grande Forum Benchmark suite Benchmark集合對SJVM、IntelORP,Kaffe3種Java虛擬機進行系統(tǒng)測試。在對測試結(jié)果進行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，比較了不同JVM實現(xiàn)對性能的影響和JVM中關(guān)鍵模塊對JVM性能的影響，并提出了提高JVM性能的一些展望。
目錄
1? Java虛擬機的關(guān)鍵技術(shù)
1.1? 字節(jié)碼執(zhí)行方式
1.2? 自動內(nèi)存管理
2 JVM 性能的分析和比較
2.1 JVM 的選擇
2.2 JVM 性能測試
2.3 JVM 性能的分析和比較
3? 結(jié)語
Java語言的平臺無關(guān)性、安全性、自動內(nèi)存管理等特性，使Java語言得到廣泛的應(yīng)用。Java虛擬機JVM）是 Java平臺的核心，JVM讀入Java 類文件并執(zhí)行類文件中的字節(jié)碼。在一個平臺只要有1 個Java虛擬機就可執(zhí)行Java程序，實現(xiàn)Java語言的平臺無關(guān)性。Java的字節(jié)碼中無影響系統(tǒng)安全的指令，同時，JVM讀入類文件時，需要預(yù)驗證類文件，這兩點保證了Java語言的安全性。自動內(nèi)存管理減輕了Java程序員的負擔(dān)，提高了應(yīng)用程序的可靠性。但這些特性，使Java的性能受到了一定的影響。字節(jié)碼執(zhí)行方式（Execute Engine）和自動內(nèi)存管理是影響 Java 虛擬機性能的關(guān)鍵模塊。本文通過比較幾種有代表性的 Java 虛擬機的實現(xiàn)，分析了JVM 中的這2 個關(guān)鍵技術(shù)。
1? Java虛擬機的關(guān)鍵技術(shù)
1.1? 字節(jié)碼執(zhí)行方式
最早的Java虛擬機采用的是解釋（Interpreter）執(zhí)行的方式，這種方式效率極低，但JVM的可移植性較好。目前主流的 Java 虛擬機基本采用即時 JIT,Just—In-Time） 編譯的方法執(zhí)行字節(jié)碼，即將 Java的字節(jié)碼動態(tài)編譯為本地的機器碼，效率較高，好的JIT 編譯效果可以接近 C 語言靜態(tài)編譯的效果。但JIT在執(zhí)行任何一個方法時，都需要先將該方法編譯為本地代碼，需要額外的內(nèi)存存放編譯后的本地代碼。對于程序中執(zhí)行頻度較低的方法，由于增加了編譯的時間，其效率不如解釋執(zhí)行的情況。衡量一個JIT好壞的標(biāo)準(zhǔn)包括編譯的代碼質(zhì)量、編譯的代碼大小以及編譯的時間這3個方面。自適應(yīng)優(yōu)化（Adap-tive Optimization）是字節(jié)碼執(zhí)行的第3 種方式，其實質(zhì)是混合執(zhí)行（Mixed code execute）。自適應(yīng)優(yōu)化在第1次調(diào)用一個方法時，先采用解釋執(zhí)行的方式，當(dāng)這個方法的調(diào)用達到一定的頻度而成為“熱點”（Hot spot 的方法后，將該方法編譯為本地代碼，以后對該方法的調(diào)用，直接執(zhí)行編譯后的本地代碼。
1.2? 自動內(nèi)存管理
自動內(nèi)存管理也稱為垃圾收集（GC,Garbage Collection） ，其作用是自動回收無用單元的內(nèi)存空間，釋放內(nèi)存的工作由Java虛擬機自動管理，減輕了應(yīng)用程序員的負擔(dān)，避免了Java應(yīng)用程序的內(nèi)存泄漏。垃圾收集算法的主要評價標(biāo)準(zhǔn)為吞吐量（Throughput）和停頓時間（Pause time） 2個方面。吞吐量指在程序運行中，非垃圾收集的時間與整個應(yīng)用程序運行時間的比值，比值越高，垃圾收集算法的整體效率越高。
2 JVM 性能的分析和比較
2.1 JVM 的選擇
在本測試中，選擇了3 個有代表性的虛擬機實現(xiàn)作為研究的對象。
1） Sun Hotspot Client VM 1.4.1 （SJVM） 【1.是Sun公司提供的針對J2SE平臺的虛擬機，采用了自適應(yīng)優(yōu)化的字節(jié)碼執(zhí)行方式、基于代（Generation）的垃圾收集機制、標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）算法和拷貝算法結(jié)合的算法。
2） Intel Open Runtime Platform 1.0.10 （Intel ORP 2.是Intel公司提供的Java 虛擬機，提供了針對IA32架構(gòu)優(yōu)化的JIT編譯器，采用增量式的Train垃圾收集算法。
3）Kaffe 1.0.73.是開放源代碼的Java虛擬機實現(xiàn)，它支持的平臺較多，垃圾收集機制采用了不分代的保守的標(biāo)記一清除算法，并提供了 JIT 的編譯器。
2.2 JVM 性能測試
通過Benchmark集合的測試，能夠有效的比較和分析不同JVM實現(xiàn)對性能的影響以及JVM中關(guān)鍵模塊對JVM性能的影響。在本測試中，測試用的Benchmark集合為specJVM98【4】和Java Grande Forum Benchmark suite5.specJVM98采用的是接近真實的應(yīng)用程序，主要包括Db、Compress、Jess、Javac、Mep-gaudio、Mtrt、Jack7個應(yīng)用程序。Java Grande Forum Benchmark （以下簡稱JGF）包括3個部分的測試，第1部分為基本的底層操作，包括算術(shù)、賦值、方法調(diào)用、異常處理等；第2部分為核心的操作，包括加密、堆排序、矩陣相乘等算法；第3部分為大規(guī)模的應(yīng)用程序，包括了Alpha-beta剪枝搜索、RayTracer等算法。本測試采用的操作系統(tǒng)為Red Hat Linux 7.3.硬件平臺為AMD Athlon 1700+，內(nèi)存256M。圖1為specJVM98的測試結(jié)果，圖2 至圖4為JGF3個部分的測試結(jié)果。
2.3 JVM 性能的分析和比較
在Java虛擬機中影響性能的模塊主要是即時編譯和垃圾收集這兩個模塊。即時編譯模塊的性能包括編譯時間和編譯后代碼質(zhì)量兩方面。垃圾收集模塊主要從吞吐量和停頓時間2 個方面來衡量。
從圖1可以看出，Kaffe虛擬機的性能較差，除了第一項測試compress接近SJVM和Intel ORP的性能外，其它測試中的性能表現(xiàn)低于另2個虛擬機的一半。Intel ORP在Compress, Mepgaudio2項測試中要略高于SJVM，而SJVM的性能在其他測試中表現(xiàn)最好。因此，從specJVM98的測試結(jié)果來看，SJVM的虛擬機表現(xiàn)最好，Intel ORP的性能較接近SJVM, Kaffe的性能與這兩者間有一定的差距。
從圖2、圖3、圖4可以看出：對于JGF基本底層和核心部分的測試，Intel ORP和SJVM的性能相差不大，Kaffe 的性能都低于前兩者；對于大規(guī)模應(yīng)用程序的測試，SJVM 的性能遠好于 Intel ORP 和Kaffe，而Intel ORP的性能好于Kaffe，這個程序的詳細運行結(jié)果見表1。
從表1可以看出：Kaffe 的 GC 時間為Intel ORP 的4.79 倍，非GC （大部分為JIT） 時間為Intel ORP的27.87%，非GC時間占整個運行時間的6.40%； Kaffe與Intel ORP相比，大部分的時間花費在JIT編譯上； Intel ORP的GC時間為SJVM的25.77倍，非GC時間為SJVM的1.26倍；GC時間占整個運行時間的45.95%。
從以上分析可以看出：
1） SJVM的整體性能是最好的，大部分的性能高于Kaffe和Intel ORP，尤其是在JGF大規(guī)模應(yīng)用程序的測試部分，它的性能遠遠高于Kaffe和Intel ORP。這是由于字節(jié)碼執(zhí)行方式采用了自適應(yīng)優(yōu)化的算法，只編譯最常用的“熱點”方法，同時編譯的代碼質(zhì)量較高。
2） SJVM垃圾收集機制較好，也是其性能高于其它兩個JVM的關(guān)鍵原因。Intel ORP的即時編譯較好，接近SJVM采用的自適應(yīng)優(yōu)化的算法，但垃圾收集表現(xiàn)較差，在測試中，一些Benchmark的程序未能正確運行，其語言支持不好。
3） Kaffe的性能表現(xiàn)比較差，主要原因是由于即時編譯較差，同時垃圾收集機制的算法也較粗糙。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-675495.html
3? 結(jié)語
JIT 編譯和垃圾收集模塊是 JVM 中影響性能的關(guān)鍵模塊。JIT 編譯的實現(xiàn)與體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切，實現(xiàn)時應(yīng)充分考慮體系結(jié)構(gòu)的影響，針對目標(biāo)平臺優(yōu)化。垃圾收集機制的平臺相關(guān)性較小，實現(xiàn)垃圾收集時，考慮較多的是算法上的提高。當(dāng)然，不同平臺上的內(nèi)存管理機制還是有差別的，如不同平臺上實現(xiàn)虛擬內(nèi)存的方式、實現(xiàn)cache的方式都有可能不同，這也是提高一個特定平臺上垃圾收集機制時需要考慮的因素。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-675495.html
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