Design and Implementation of Java Just-in-Time Compiler

Early Java implementations relied on interpretation, leading to poor performance compared to compiled programs. Java just-in-time (JIT) compiler can compile Java programs at runtime, so it not only improves Java's performance prominently, but also preserves Java's portability. In this paper the design and implementing techniques of Java JIT compiler based on Chinese open system are discussed in detail. To enhance the portability, a translating method which combines the static simulating method and macro expansion method is adopted. The optimization technique for JIT compiler is also discussed and a way to evaluate the hotspots in Java programs is presented. Experiments have been conducted to verify JIT compilation technique as an efficient way to accelerate Java.

一种嵌入式Java芯片内核——JC401

首先分析了目前 Java的应用情况 ,指出嵌入式 Java芯片具有很大的市场需求 ,然后结合嵌入式系统的特点简单分析了当前几种 Java虚拟机实现技术的缺点 ,提出了在嵌入式 Java芯片内核 JC40 1中采用瘦型 JIT的设计思想 ,通过对 JIT的硬件支持和相关软件的配合 ,达到减少 JIT运行时间和内存开销 ,获得高效的 Java性能与较好的性能价格比的目标 ,然后具体介绍了 JC40 1内核的总体结构与主要技术特点 ,进行了性能分析与评估 ,证明了设计思想的正确性 ,最后举例说明 JC40 1具有很好的市场前景 .

在嵌入式Java芯片中使用即时编译技术

Java虚拟机具有面向堆栈与面向对象的特点 ,不利于硬件有效支持字节码的直接执行 ,传统 JIT技术也不适应嵌入式系统的应用环境 ,介绍了在自行设计的嵌入式 Java芯片中使用 JIT的技术途径 ,通过对 Java虚拟机堆栈和复杂指令的支持 ,密切配合 JIT软件 ,较好地解决了 Java芯片设计中的问题 .测试结果表明 ,相对于目前业界最好的 pico Java- II内核而言 ,JC40 1的编译后代码性能提高了 1.2至 1.9倍 ,在硬件复杂度、执行速度、内存开销等方面都有较大程度的改善 ,适合于嵌入式应用 .

Java语言"与平台无关性"的实现

Java语言的出现给Internet的应用与发展带来新的活力,尤其是它的"与平台无关性"适应了Internet计算模式,因此得到了迅速的发展.本文阐述了Java语言"与平台无关性"的实现机理及所涉及的关键技术.

国产开放系统平台Java及时编译器的设计与实现

详细阐述了国产操作系统平台（ＣＯＳＡ／ＣＯＳＩＸ）Ｊａｖａ 及时编译器的设计与实现技术．在设计时作者采用了指令静态模拟与宏替换相结合的编译方法，抽象出平台独立的指令属性四元组，提高了程序的可移植性；就及时编译的特点及其优化进行了讨论，并就如何评价及时编译的热点提出了作者的观点．

一个基于混合并发模型的Java虚拟机

从解释执行到及时编译的转变极大地提高了Java程序的运行速度.但是,现有的Java虚拟机还有待进一步的改进.提出了一种新的Java虚拟机编译与执行模型——混合并发模型HCCEM(hybrid concurrent compilation and execution model).该模型通过多线程控制方式将字节码的编译与执行过程相重叠,从而获取加速的效果.另外还给出了基于HCCEM的Java虚拟机JAFFE的设计方案,并就实现中的执行模式切换、异常处理以及层次线程等问题进行了讨论.实验结果表明,HCCEM能够有效地提高Java程序的执行速度.

嵌入式Java虚拟机优化研究

为了改进手机中Java小程序的运行效率,基于KVM提出一种嵌入式Java虚拟机优化方案。在此方案中对解释器进行了改造,引入编译技术,并对KVM运行时内存的分配与回收方式作了改进。最后对比分析了在基准测试中KVM与优化方案的性能结果。

Java性能优化技术综述

Java由于其简单、面向对象、独立于硬件体系结构、安全等特点在各种应用领域内获得广泛的应用,但在很多情况下其运行性能仍有待提高.优化Java应用的运行性能成为当前业界迫切要解决的问题和当前研究的热点.本文简要回顾了当前在Java性能优化方面的最新研究成果,对其中的关键技术进行了深入探讨,并结合作者的经验提出对未来发展的一些看法.

Java虚拟机中的动态锁cache优化

Java虚拟机在运行过程中使用即时编译器编译Java程序的热点方法,然后直接执行热点方法的本地代码.锁cache机制允许Java虚拟机将编译方法的本地代码锁在cache中,以提高编译执行时的指令cache命中率.通过分析Java虚拟机中编译方法的调用规律,得到编译方法的活跃时间段、平均大小和内存分布情况.基于编译方法的调用规律,给出Java虚拟机中的动态锁cache优化方法.在Java热点方法的活跃期将其本地代码段锁在cache中,以减少cache失效.最后,在龙芯3A的HotSpot虚拟机上实现了动态锁cache优化方法.实验结果表明,Java虚拟机中的动态锁cache优化方法能够使SPECjvm2008运行时的cache失效次数平均降低8.5%,性能平均提升4%.

嵌入式系统中Java的硬件支持策略

一、概述近来,具有平台无关、面向对象等诸多特点的Java语言得到了迅速的发展,以即时编译技术(JIT)为代表的软件实现的Java虚拟机在桌面系统中日趋成熟,在运行速度、内存需求、实时性能等方面都有较大的提高,以网页中的Java小程序为主的Java应用大量涌现,具备了一定的应用基础。

一种基于Java虚拟机的动静结合自适应优化方法

动态语言可以利用程序运行时获取的动态信息,指导程序进行各种优化。但是,现有的Java虚拟机没有将运行过程中收集的信息有效利用,而是在运行结束后直接丢弃,下一次执行程序的时候重新监测、收集、优化需要的信息。基于HotSpot虚拟机提出一种动静结合的自适应优化方法,将运行过程中优化对象迭代搜索到的最佳参数或者信息保存到资源库中;能够从资源库中学习获得适合当前程序的最佳参数或选项,可有效地利用运行过程中积累的数据;资源分析是静态且离线的,不占用应用程序运行的开销;迭代学习的过程中,通过避免冗余实例入库以及从库中剔除噪声实例,保证资源库学习过程的精度与效率。实验表明,该框架对指导Java虚拟机在不同的平台上自适应优化具有一定的实用性。

基于硬件cache锁机制的Java虚拟机即时编译器优化

Java虚拟机即时编译器以方法为单位进行编译,编译器将字节码方法编译成可执行代码,并经过数据cache存入内存中,当再次执行到该代码段时,处理器需要从包含该代码段的内存区域取指令执行,如果该内存区域在数据cache中已经建立映射,就可以直接从数据cache中读取数据,读数据的性能就会有大幅度的提高.但是编译生成的大量可执行代码在cache中频繁替换,当生成代码被替换出cache后,代码再次执行时处理器必须访问速度较慢的主存储器,成为编译器的性能瓶颈.设计并实现了硬件cache锁机制,提出了一种软硬件协同设计的即时编译方法.通过该方法,生成代码执行时的cache失效次数降低了6.9%,SPECjvm2008中程序最高获得了17.9%的性能提升,平均性能提升4.2%.

Java虚拟机上的类型重建

在实现一种新的类型化低级语言TLL(TypedLow-levelLanguage)的过程中,发现从Java到字节码(bytecode)的翻译过程中丢弃了部分类型信息。在设计中,不仅要保持字节码中现有的类型信息,而且要从中推导出丢失的类型信息。论文介绍了类型重建中的基本问题,并针对一些难解问题提出了重建算法。

概观C++及Java程序设计语言的特征

随着计算机技术的发展,程序设计语言也越来越多,其中C++、Java可以说是目前应用最为广泛的语言,其原因与它们优良的特性密不可分。本文着重探讨这两种程序语言的特征,分别总结和阐述了它们优越于其他语言的、自身所独有的特点及为实现这些特点而采取的有效机制。

Java运行系统与Java虚拟机

介绍了Ｊａｖａ运行系统的组成和Ｊａｖａ虚拟机的概念，讨论了采用Ｊａｖａ虚拟机的意义。

在开放世界中实现逃逸分析

逃逸分析（escape analysis）是一种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法．此前绝大多数逃逸分析的实现都基于一个所谓“封闭世界（closed world）”的前提：所有可能被执行的方法在做逃逸分析前都已经得知，并且，程序的实际运行不会改变它们之间的调用关系．但当真实的Java程序运行时，这样的假设并不成立．Java程序拥有的许多特性，例如动态类加载、调用本地函数以及反射程序调用等等，都将打破所谓“封闭世界”的约定．这样的真实运行环境被称为“开放世界”．在开放世界中，实现逃逸分析将面临许多重要的问题，例如，能否正确、全面地捕捉动态载入的类和方法，并分析它们与原有程序的关系；逃逸分析算法的复杂性是否能够得以控制，以保证即时编译器的重新分析时间不会过长，等等．提出一个新的逃选分析架构，它可以有效地处理上述开放世界所面临的问题．该分析架构将增量分析Java程序，动态捕获新载入和调用的类及方法，同时，在复杂性和精度之间进行权衡，正确、有效地降低程序的运行负载．该分析架构已经在Intel的开放式Java虚拟机系统ORP中实现，经过实际测试，可以有效地消除一些主要基准测试程序，如SPECjbb2000和SPEcjvm98的db中70％-94％的同步操作，大幅度地提高15％-31％的程序的运行速度．

即时编译器中的轻量级指令调度算法

介绍了一种为即时编译器和时空受限系统设计的轻量级线性复杂指令调度算法。该算法进行指令调度时,不基于传统的DAG图或表达式树,而是基于一种独创的数据结构扩展关联矩阵,其时间复杂性在最坏情况下也能与全部指令长度构成严格的线性关系,仅占用不到1 KB的内存空间。该算法已被Intel为Xscale设计的高性能J2ME虚拟机XORP采用为即时编辑器中的缺省指令调度算法。

基于反馈的JCVM指令预调度方案

卡内应用执行效率较低是制约Java Card发展的瓶颈。为此,研究Java Card虚拟机(JCVM)解释器的运行原理,针对其执行架构提出一种基于反馈的JCVM指令预调度方案。通过收集反馈应用的运行指令流统计信息,设计解释器加权控制流图(WCFG),利用基于WCFG的代码编排技术实现解释器的指令预调度。在目标体系架构中,将热点指令处理函数的布局按照反馈应用的统计信息进行重新编排。实验结果表明,该方案可使JCVM解释器的应用执行效率提高15.29%,并且不依赖额外系统资源,对基于解释器架构且资源受限的嵌入式设备性能优化具有指导意义。