移动通信终端的Java虚拟机优化研究.pdf

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1、学校代号：1 0 5 3 2学号：G 0 3 2 4 1 0 0 6密级：普通湖南大学工程硕士学位论文移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究舢删J J J I f f I I J J I I|f f l l l|l|l I IY 2 0 6 6 1R e s e a r c ho nJ a V aV i r t u a lm a c h i n eo p t i m i z a t i o no fm o b i I ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a lB yG U OJ i eB E(Z h o n g B e iU n i V e r s

2、 i t y)l9 9 8Ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h eR e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo fM a s t e ro fS c i e n c eS o f t w a r eE n g i n e e r i n gi nt h eG r a d u a t eS c h o o lo fH u n a nU n i V e r s i t yS u p e r V i s o rP r o

3、 f e s s o rX UC h e n g，S e n i o rE n g i n e e rL IJ i a nO CT 2 0 1 1l|I l l 5 6湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：钟杰日期扣，年口月f，日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有

4、关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“)作者签名：导师签名：日期：加1 1 年7 汐月JD 日日期：枷I1 年lo 月1 8 日秘鹱T 程硕l 二学位论文摘要最近几年，J a v a 在P C 工作站和服务器端的性能已经大大提高，和C 程序性能的水平基本保持一致，这是因为在J a v a 虚拟机中，有多重性能优化技术得到应用。但是在移动通信领域中，移动通信设备

5、的计算、电力供应和存储能力都有限，现行的比较复杂的那些优化技术难以在通信设备上得到充分应用。本文分析了几种在J a v a 虚拟机上引用的性能优化技术，根据移动通信设备的硬件特点，发现这些技术在嵌入式J a v a 虚拟机上应用所面临的难题，有些优化方法适应于特定的场所，在某种情况下可以达到比较好的效果，但是到了不适应的场合，又会表现出明显的弊端，在此基础之上，本文设计出一种适用于移动通信设各的J a v a虚拟机整体优化方案，这是一种在基于解释执行的嵌入式J a v a 虚拟机性能优化上结合动态编译优化技术方案，这一方案包括三个方面的优化即线程直接中断优化、热点探测优化、动态编译优化。该优化

6、方案技术思路是以线程直接中断为优化基础，通过设计预处理J a v a 字节码、L R U 表管理链接代码、简化热点寻找操作，设定适当的阈值对计算密集的部分进行动态编译，从而实现了嵌入式J a v a 虚拟机在移动通信设备上性能的提高。为了验证本文算法，本文搭建了C L D C l 1 和M I D P 2 0 测试平台，使用飞凌0 K 6 4 l O的开发板和w i n C E 嵌入式操作系统，通过运算测试b i n a r y t r e e s 和输入输出测试0 u t P u t T e s t 分别测试了运算优化效果和输入输出优化效果，得出了这个优化算法的一个一般性结论：越是相似的代码

7、，越是能产生热点，本文的优化方案越能发挥作用。对于计算密集型程序来说，可以获得较大的性能提升，对于输入输出密集型程序来说，性能很可能会有小幅度的下降。关键词：J a v a 虚拟机；线程直接移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究A b s t r a c tI nr e c e n ty e a r s，J a v ai nP Cw o r k s t a t i o na n ds e r V e rp e r f o r m a n c eh a sb e e ng r e a t l yi m p r o v e d，c o n s i s t e n ti nt h el e v

8、 e lo ft h ep e r f o r m a n c eo fCp r o g r a m s，b e c a u s emt h eJ a v av i r t u a lm a c h i n e，t h e r ea r em u l t i p l ep e r f o r m a n c eo p t i m l z a t l o nt e c h n l q u e sa ea p p l i e d B u ti nt h en e l do fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n，t h ec a l c u l a t l o

9、no 士m o b l l ec o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t，p o w e rs u p p l ya n ds t o r a g ec a p a c i t yl sI i m l t e d，l nc u r r e n tt h ec o m p l e xo p t i m i z a t i o nt e c h n 0 1 0 9 yc a nh a r d l ya p p l i e di nc o m m u n l c a t l o ne q u l p m e n t T h i sp a p e ra n a

10、 l y z e ss e v e r a lp e r f o r m a n c eo p t“n iz a t i o nt e c h n i q u eu s e dI naJa V av i r t u a Im a c h i n e，a c c o r d i n gt ot h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ne q u l p m e n th a r d w a r ef e a t u r e s，f l i n dt h et e c h n o l o g yf a c i n gt h ep r o b I e mi nt

11、 h ee m b e d d e dJ a V aV i r t u a lm a c h i n e S o m eo p t i m iz a t i o nm e t h o d sa d a p t e dt os p e c i 6 cp la c e s，u n d e rc e r t a mc i r c u m s t a n c e s，i tc a na c h i e v eg o o dr e s u l t s，b u tt on o ta d a p to c c a s l o n，1 tw l l 量s h o wo b v i o u sd r a w b

12、 a c k s O nt h eb a s i so ft h a t，t h i sp a p e rd e s i g n saJa V aV l r t u a lm a c h l n eo v e r a l lo p t i m i z a t i o np r o g r a mw h i c hi ss u i t a b l ef o rm o b i l ec o m m u n i c a t l o ne q u l p m e n t T h i si sad y n a m i cc o m p i l e ro p t i m i z a t i o ns c

13、h e m eb a s e do nt h ei n t e r p r e t a t l o no tt h ei m p l e m e n t a t i o n，M a i n l yu s e di ne m b e d d e dJ a V aV i r t u a lm a c h l n ep e r t o r m a n c eo p t i m i z a t i o n T h i ss c h e m ei n c l u d e st h r e ea s p e c t st h eo p t i m i z a t i o n，t h a ti st h r

14、 e a d e dd i r e c t l yi n t e r r u p to p t i m i z a t i o n，o p t i m i z a t i o n，d y n a m i cc o m p i l a t i o no p t l m l z a t l o nt o rh o ts p o td e t e c t i o n T h et e c h n i c a li d e a so ft h i so p t i m i z a t i o ns c h e m el sb a s l c do nt h r e a dd i r e c ti n

15、t e r r u p t，t h r o u 曲d e s i g np r e t r e a t m e n to fJ a V ab y t ec o d e，L R Ut a b l em a n a g e m e n tl i n kc o d e，s i m p h n e dh o tl o o k i n gf o ro p e r a t i o n，s e tt h ea p p r o p r l a t et h r e s h o l df o rd y n a m i cc o m p i l a t i o nt op a r to ft h ec o n l

16、 p u t a t i o n a l l yI n t e n s l V e，R e a l z n gt h ei m p r o v e m e n to ft h ee m b e d d e dJ a V aV i r t u a lm a c h i n ei m p l e m e n t a t l o no nt h em o b l l ec o m m u n i c a t i o ne q u l p m e n t I no r d e rt ov e r i f yt h i sa l g o r i t h m，t h ep a p e ri n t r o

17、 d u c e st e s tp I a t f o r mo 士t h eC L D C1 1a n dM I D P 2 O，u s eF e i L i n gO K 6 4l0d e V e l o p m e n tb o a r da n dW i n C Ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m，t h r o u g ht h eo p e r a t i o n a lt e s tb i n a r y t r e e sa n dl n p u t，o u t p u tt e s tO u t P u t T e s

18、t，R e s p e c t i v e l yT e s to p e r a t i o no p t i m i z a t i o ne f 代c ta n dl n p u to u t p u to p t i m i z a t i o ne f f e c t，o b t a i n e dag e n e r a lc o n c l u s i o no ft h i so p t 姗l z a t l o na l g o r i t h m：h em o r es i m i l a rc o d e，c a ng e n e r a t em o r eh e a

19、t，t h eo p t l m l z a t l o ns c h e m eo tt h i sp a p e rc a np l a yag r e a t e rr o l e F o rt h ec o m p u t e。i n t e n s l V ep r o g r a m s，c a ng e tH工程硕士学位论文g r e a t e ri m p r o V e m e n ti np e r f o r m a n c e，t ot h ei n p u to u t p u ti n t e n s i V ep r o g r a m，p e r f o r

20、m a n c ei sl i k e l yt ob eas m a l ld r o p K e yw o r d s：V i r t u a Im a c h i n ef o rJ a V a；t h r e a dd i r e c t l yi n t e r r u p t；h o tf i n d；d y n a m i cc o m p i l a t i o nII 移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究目录摘要IA b s t r a c t I I目录I v插图索引v I附表索引v I I第l 章绪论11 1 选题背景及意义l1 2 移动通信终端的J a v a

21、虚拟机优化研究现状11 3 本文研究内容及主要工作21 4 论文的组织结构3第2 章嵌入式J a v a 虚拟机优化方法相关研究42 1 嵌入式J a V a 虚拟机的结构42 1 1C L D C 42 1 2M I D P 52 22 3第3 章3 13 2第4 章4 11=程硕一l 二学位论文4 2 搭建测试平台3 24 3 测试方案及性能比较3 4结 仑：3 9附录4l参考文献4 7致谢5 0攻读学位期间主要研究成果5 IV移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究插图索引图2 1 即时编译构架图8图2 2 自适应编译构架图9图2 3 预先编译构架图1 0图3 1线程直接中断解释机制

22、1 9图3 2 合并字节码操作数2 0图3 3 动态编译核心结构框图2 l图3 4e x e c u t e c 及b y t e c o d e s c 之问的关系2 2图3 5 本地代码内存组织形式2 5图3 6 代码部署流程图2 6图3 7 调用关系流程图2 8图4 1 工控机：3 0图4 2 底板与核心版3 2图4 3 整个开发板一3 2图4 4 单线程优化前所耗时间3 4图4 5 单线程优化后的所耗时间3 5图4 6 多线程优化前的所耗时间3 5图4 7 多线程优化后的所耗时间3 6图4 8 优化前的O u t p u t T e s t 的耗时以及内存消耗3 6图4 9 优化后的O

23、 u t p u t T e s t 的耗时以及内存消耗3 7图4 1 0 性能提升柱状图3 8V I工程硕：E 学位论文附表索引表2 1 几种基于编译运行的优化技术比较1O表2 2 几种解释器性能比较17表3 1 常用J a v a 指令的使用频率2 7表3 2B CM a p 中的项3 0表4 1 性能测试结果1 3 7表4 2 性能测试结果2 3 7表4 3 性能测试结果3 3 8V I IT 程硕L 学位论文第1 章绪论1 1 选题背景及意义在过去的几年里，J a v a 已经在各个领域得到了广泛的应用，尤其是无线移动领域，已经有1 8 0 个左右的移动运营商使用了J a v a 下载

24、服务。现在新型手机普及，8 0 以上的手机支持J a v a，可见J a v a 在无线手持设备市场需求广大。J a v a 的性能亟待增强，这是从运营商、手机制造商到消费者等各种群体的共同需求，这一研究的进展，不仅为产业链带来更多的商机和收益，也为无限手持设备的发展提供技术支持。针对这个问题，业界都在试图用各种不同的方法去解决。J a v a 是一种解释执行的语言，它的优势是“一次编译，到处运行”，这就是说，J a v a 不仅成本低，开发和发布都很快捷，上市的速度快，可移植性强。同时也便于下载和安装。但同时也具有一些不足，嵌入式J a v a 在移动终端设备上需要相当的计算能力、存储能力和

25、电力供应，如果不能达到要求就不能很好的应用。在移动通信相关的领域解决J a v a 程序的性能问题应该表现在保证它的安全性和可移植性前提下的对程序运行性能的一种提升，而J a v a 虚拟机的存在是保障J a v a 程序可移植性和安全性的底线心1。本文对一些常用的对J a v a 虚拟机优化方法进行了讨论，并根据现有方法进行改进，通过对线程直接中断优化、动态编译优化、热点阀值优化的改进和综合运用，实现对J a v a 虚拟机的优化，并通过构建测试平台运行测试案例验证和比较了优化方法，得出了运用这些改进方法的一些基本结论。1 2 移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究现状随着移动通信行业

26、的兴起，各种各种便携式电子设备得到了普遍运用，像J 2 M E C L D C 等J a v a 平台，被看作是无线、移动设备的标准运行环境，这是由于它在安全性、可移植性、移动性和网络支持方面具有的优势。现在的手机市场发展飞速，8 0 的手机都支持J a v a。促使工业界接受J 2 M E C L D C 的另一个原因是获取它的源代码是免费的，这样就可以通过修改源代码来达到要求。这些原因让J a v a，J 2 M E C L D C 还有K V M 成为了嵌入式系统领域的一套不错的解决方案口1。现在，嵌入式J a v a 技术的发展还不完善，特别是嵌入式J a v a 运行环境的优化这一方

27、面发展比标准版和企业版的J a v a 技术要慢很多。后来的嵌入式设备硬件对运行环境提出了更高的要求，初期研制的嵌入式J a v a 运行环境已经不能适用。与此同时，处理器时钟频率的增高和存储空间的增大为优化嵌入式J a v a 运行环境带来了良好的机会1。这项优化工作不仅具有程序优化方面的理论意义，还具有较高的应用价值。移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究目前常用的加快J a v a 执行速度的方法有硬件解决方案和软件有几种方案可以解决硬件问题，如专用J a v a 处理器和J a v a 协处理器，还有J a z e l l eD B x 硬件指令集。这些方案已经为J a v a

28、效率的提高产生了重要影响，并且将继续发展下去。不过，对于设备制造商来说，硬件的解决方案会增加硬件的成本，也会增加嵌入式设备系统的设计的投入，降低它的灵活性。所以对于中低端市场来说，成本是不划算的，这种解决方案仅仅适用于高端市场哺3。对于硬件环境受限的电子设备，主要考虑使用软件方案来加快J a v a 执行速度。主要的有基于编译优化的方案和基于解释执行的优化方案。基于编译优化的方案主要有儿T(即时编译)、D A C(动态自适应编译)、A O T(预先编译)，这些优化方案都能够加快J a v a 虚拟机的执行效率，但是需要较大的内存和较高的C P u 运行速度；基于解释执行的优化方案主要有线程解释

29、器、线程直接中断和线程内联中断，线程解释器优化的效率比较低，线程内联中断优化效率较高，但需要消耗大量的内存，而线程直接中断即能够较明显地提高J a v a 虚拟机的执行效率，同时能保持占有少量的内存。对于移动通信终端，它的特点正是资源受限，目前，国内的移动通信设备的C P U 一般是3 2 位R I S C 处理器，采用了1 6 位数据总线，不到l O M 的存储空间，因此，比较而言，基于解释执行的优化方案更适合移动通信终端的J a v a 虚拟机的优化。1 3 本文研究内容及主要工作以上方法都能在一定程度上产生提高J a v a 性能的作用，不过也会出现一些副作用，如增加对功耗的消耗，增加对

30、内存的需求，增加代码的使用量，延长机器的启动时间，甚至让系统产生停顿感等现象。本文分析了嵌入式J a v a 程序的特点，找到了现有解释型J a v a 虚拟机的性能瓶颈，确定了采用基于解释优化的线程直接中断与动态编译相结合的优化方法，利用各自的优点，改进其中不适用于移动通信设备的功能。根据分析的结论，提出了在常用的热点探测算法基础上构建映射关系，实现了在方法间进行调用时，编译器能知道方法调用点的精确位置的改进算法，使用动态编译，就能把J a v a 虚拟机字节码翻译为本地平台能够直接执行的二进制形式，这样就能设计出一套适用于移动通信终端的嵌入式J a v a 虚拟机优化解决方案。构造测试环境

31、，对该优化方案进行性能测试，并与其他优化方案进行比较，指出该方案的优点及不足之处，为该领域以后的进一步研究提出了较有价值的参考哺1。本文主要研究内容包括以下几个方面：1 研究J 2 M E 中应用于移动通信的三层结构：J a v a 虚拟机(K V M)、配置层(C L D C)、简表层(M I D P)的架构及原理，详细分析了J a v a 虚拟机在现有阶段的优缺点和对它进行性能优化的方案。2 根据以上结果，本文提出了改进了的线程直接中断优化、动态编译优化、2I=3 构造1=程硕：b 学位论文测优化并分别说明了其实现方法。测试环境，验证该方案的可行性，进行了性能比较，并根据测试结果分析该方案

32、的优缺点。1 4 论文的组织结构这篇文章主要轮式嵌入式平台的J a v a 虚拟机性能优化分析以及设计和实现，共分为四章：第一章概述的移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究背景、国内外研究发展的现状以及本文相关工作。第二章介绍嵌入式J a v a 虚拟机的基本结构及现有的优化方法。第三章提出了线程直接中断优化、动态编译优化、热点探测优化三种优化手段。第四章搭建测试平台，对该优化方法进行测试并分析测试结果。最后是总结与展望。在全面总结本文主要研究工作的基础上，指出后续工作的研究方向以及该领域研究的趋势。移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究第2 章嵌入式J a v a 虚拟机优化方法

33、相关研究2 1嵌入式J a v a 虚拟机的结构J a v a 不仅仅是一种受人喜欢的编程语言，而且具有适合多平台使用的运行模式。J a v a 程序的运行是在J a v a 虚拟机上进行的，在这种应用模式下，J a v a 具有以下特点【7】(1)平台无关：只要在目标机器上实现了符合规范的J V M 及其运行环境，就可以运行所有的J a v a 程序，从而达到了“一次编写，随处运行 的目的；(2)安全性更高：J a v a 程序在运行前可以进行安全检查，并采用隔离的方法来限制非法入侵的范围，为日益普及的网络应用提供了良好的基础；(3)动态下载软件：可根据程序需要动态下载软件，使得大范围的软件

34、配置、维护和更新变得十分简单，并将对产品销售、维护模式产生较大的影响。近年来，随着嵌入式硬件及软件技术的不断发展，J a v a 技术也越来越多地应用于各种嵌入式领域，尤其是在手机等无线通讯领域的应用阳1。J 2 M E 是由S U NM i c r o s y s t e m s 于1 9 9 9 年6 月第一次推向J a v a 团体。S U NM i c r o s y s t e m s 将J 2 M E 定义为“一种以广泛的消费性产品为目标的高度优化的J a v a 运行环境，包括寻呼机、移动电话、可视电话、数字机顶盒和汽车导航系统 8 圳1。J 2 M E 使用“配置”和“简表 定

35、制J a v a 运行环境(J R E)n。配置决定了使用的J V M，而简表通过添加特定于域的类来定义应用程序。J 2 S E 虚拟机通常被称为J V M(J a v aV i r t u a lM a c h i n e)，J 2 M E 虚拟机K V M 和C V M 都是J V M 的子集。C V M 用于高端应用，K V M(K i l o sV i r t u a lM a c h i n e)用于低端应用，它是一种“千字节虚拟机，因为它占用资源少，成为了小型、电力有限的智能设备的首选n 幻。J 2 M E M I D P 主要针对移动计算和通信市场。2 1 1C L D CC L

36、 D C(C o n n e c t e dL i m i t e dD e v i c eC o n 仃g u r a t i o n)称之为有限连接设备配置。C L D C 用于内存在1 2 8 到51 2 K 之间的电子设备，是为使用较小的存储容量的设备设计的，如呼叫器、行动电话、P D A 和P O S 终端。J 2 M E 中的应用程序都是根据特定描述来编写的，这种描述通常基于或扩展了一个特定的配置。所以，所有的特点都会在描述中表现并能够被这个描述编写的运用程序使用。配置定义的J a v a 平台对于内存容量和其它硬件特征都有相似的要求。配置为设备制造商和描述实现者定义了“最低公共标

37、准”平台或者构建块。一切具有类似的内存容量和处理能力的设备都必须实现定义在配置中的那些特4工程硕十学位论文一征。所以通过这个配置，可移植性就能在设备和描述之间实现了。由于相同的J a v a 虚拟机的实现通常与跨大量不同J a v a 平台实现核心的J a v a库相结合，所以在J 2 M E 环境中实现了配置层。2 1 2M I D PM I D P(M o b i l eI n f o r m a t i o nD e v i c eP r o f i l e)称之为移动信息设备简表在桌面计算机和企业服务器市场上，J a v a 最大的优点在于应用的可移植性。一样的，在消费类设备中，J 2

38、 M E 的重要价值也是它的可移植性。当然，消费类设备对可移植性的要求和服务器市场对可移植性的要求是完全不一样的。通常，消费类设备市场并不相似。从用户的角度来考虑，应用只需要在相同的产品家族中达到他们理想的完全可移植就行。比如，以下的消费类设备：手机，洗衣机，带通信功能的电动玩具。不难看出，以上每件产品都代表一个类型的消费市场、一种设备家族或应用领域。所以，消费者会希望有用的应用能在一个设备家族中移植。所谓简表，就是指应用和市场的设备家族达成的一个协议。在同一个设备家族中，所有的设备都必须符合简表所定义的那些特征，它们也只能使用这个简表提供的功能n3 1。那么，就能在应用和设备之间实现可移植性

39、了。常见的那些基础应用可以直接在新的设备中使用。而最新、最吸引人的应用，虽然之前也许没有被制造商和描述定义者设想过，也能动态地下载到需要的设备上并得到应用。在实现的过程中，简表还可以看作是应用在特定配置上的J a v aA P I 和类库的集合，它们还具有附加的面向特定领域的功能，这种功能主要为市场上特殊的设备家族服务n4 1。2 1 3K V MK V M(K i l oV i r t u a lM a c h i n e)称之为千字节虚拟机。M I D P 和C L D C 都在S u n 公司的K V M 上运行。K V M 作为一个J a v a 虚拟机，是专门为为小型、资源受限设备设

40、计的，它紧凑、便携。J a v a 程序语言的核心就是J a v a 虚拟机，J a v a 虚拟机伴随着J a v a 程序在执行而运行。J a v a 虚拟机不仅是实际执行J a v a 程序的引擎，同时也对J a v a 优良语言特色起决定作用。在执行一个J a v a 程序时，由一个特别的软件一一读取执行程序内的指令来执行，并非有硬件直接执行。这就是说，J a v a 程序并不是一个被底层的C P U 直接执行软件。虚拟机具有诸多优点：首先，它移植方便，所有上层的应用程序都不必更改，只要把虚拟机和相关的支持程序库移植到新的硬件架构上就完成了。另外，虚拟机在计算机软硬件间加入了一层抽象分

41、离和保护，它的作用是防止恶作剧的程序暗中删除文件或对内存破坏引。K V M 中，它的内存容量是用几十K B 来衡量的，“K”就是表示“千(K i l o)。移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究K V M 能运用在数字移动电话、P D A，P O S 终端、家用电器等设备上。因为K V M 具有一些特性而能生成尽可能小并且完整的J a v a 虚拟机，这些特性如下：第一：规模小，与编译选项和目标平台有关，虚拟机核心所占有的静态存储空间在4 0 K B 8 0 K B 之间：第二：模块化，能够定制；第三：清晰度较高，具有良好的注释和较高的可移植性；第四：在不影响其它设计目标实现的情况下尽量

42、完善和高速。2 2 常用J a v a 虚拟机优化方法2 2 1 基于编译优化的常用技术2 2 1 1 消除公共子表达式(C S E)C o m m o nS u b e x p r e s s i o nE l i m i n a t i o n 翻译为消除公共子表达式，简称C S E。在动态的即时编译中可以对它完成优化工作。也可以在静态的预先编译中完成优化。在具体操作中，静态编译器通过有向无环图(D A G)来实现有效的消除公共子表达式。不过和即时编译器相比，这种方法比较费时间，也占空间，不合算，不得不考虑其他的消除公共子表达式实现方法n 引。有一种基于字符串匹配的消除公共子表达式算法可以

43、在进行即时编译时节省时间、节省空间。可以采用以下J a v a 表达式：c=(a+b)d；e=P(a+b)；在以上式子中，a+b 代表一段C S E。现在，假设在J a v a 的类变量表中，变量a、b 分别和下标1、2 相对应。这样，就可以把i l o a dl，i l o a d2，i a d d 分别视作计算a+b 的J a v a 字节码序列。在计算c 和e 的时候，这段字节码会重复出现，对字符串进行匹配。匹配过程中能够有效顺利的发现并消除a+b。2 2 1 2J a v a 方法的内嵌(M e t h o di n l i n i n g)M e t h o di n l i n i

44、 n g 翻译成中文是方法内嵌，又名方法展开。这一方法对J a v a程序性能有很大影响，原因如下：1 J a v a 是一种纯面向对象语言，程序中有很多的方法调用，大量方法的代码都不长“。2 和其他的J a v a 字节码相比，通过要在J a v a 虚拟机中实现方法调用是不合算的：J a v a 语言中，采用的主要是V ir t u a lm e t h o d(虚方法)，在运行时必须动态绑定；在进行方法调用时，必须对J V M 进行安全性检查；J V M 的特点在于，进行方法调用时，它需要保存更多的活动记录信息。方法内嵌不仅能减少费用，而且能使编译器的全局优化功能效率更高。虽然有些J a

45、 v a 方法诸如f j n a l，s t a t i c 和6=虚方法，1=程硕上学位论文性的方法完成内嵌不需要在运行时动态实现，但更多的J a v a 方法不是只能动态实现。J V M 在运行过程中，还要兼顾J a v a 类的动态加载所产生的影响。如下例：c l a s sB a s e p u b l i cf l o a tg e t P I()r e t u r n3 14；)c l a s sW 6 r k e r p u b l i cn o a tc a l c(i n tr，B a s eb)r e t u r nb g e t P I()母r 宰r；)。+对c a l

46、c()方法进行编译的时候，即时编译器会对b g e t P I()进行展开，那么代码就变为：r e t u r n3 1 4 术r 水r：要是完成这一步以后，程序又增加了新的类D e r i v e d，则程序为：c l a s sD e r i v e de x t e n d sB a s e p u b l i cf l o a tg e t P I()r e t u r n3 1 4 1 5 9 2 6；)辨”c a lc()的调用者传递的时候c a l c()的参数b 很可能是一个D e r iv e d 类的实例，并不属于B a s e 类，所以对c a l c()中B a s e

47、 g e t P I()进行内嵌时会出现一些问。题。J V M 一定要能检测到这种情况，选择放弃已经方法潜入的那些代码。以上描述就是D e o p ti m i z a t i o n(反优化或取消优化)的过程。2 2 1 3 消除尾递归尾递归就是发生在r e t u r n 之后的对函数进行的递归调用。用一个球最大公约数的函数来举例：i n tg c d(i n tp，i n tq)i f(p q=0)r e t u r nq；e l s er e t u r ng c d(q，p q)；尾递归还有一项功能，就是把程序改写为非递归的循环方式。将尾递归改写为非递归，不仅能节约一些开销，减少占用

48、的空间的容量，还明显的提高了尾递归函数的速度，具有不少好处。下面就用源码形式表示消除了尾递归的g c d 函数：i n tg c d(i n tp，i n tq)b e g hb e g i n：移动通信终端的J a v a 虚拟机优化研究i f(p q=0)r e t u r nq；e l s e i n tt=p q；p 3 q；q 2 t；g o t ob e g i n；2 2 1 4 即时编译即时编译翻译为J u s t I n T i m e，简称J I T。就是说在运行J A V A 程序时，J V M会把字节码进行翻译，只有翻译成本地的机器指令了才能够执行。编译过程往往发生在字

49、节码运行的前面n8 1。最初采用J I T 技术的J V M 实现时，进行即时编译是用一个通用接口来调用外部代码翻译单元，代码翻译单元并不包括在J V M 里面。可以用一下结构图来表示这种工作方法：图2 1 即时编译构架图即时编译的最小单位就是J A V A 方法。在运行一个J A V A 方法之前，J V M 就会把这方法的一些有关信息提供给J I T 单元，同时直接运行编译后的本地代码，再次调用这种方法都会对编译后的本地代码直接运行。当然，以上都发生在同一次运行过程中。J V M 与J I T 单元因为开放式J I T 接口的使用变得相对独立，每一个第三方开发人员都可以自由的编写J I T

50、 单元，不需要受到J V M 内部的其他实现细节的限制和影响。2 2 1 5 动态自适应编译有一种弥补J I T 编译器缺点的方法就是D A C(动态自适应编泽)。它一般是采用J I T 编译器和字节码解释器的组合的混合软件方案运行。程序解释器开始执行的时候，软件就会分析这些代码，找出需要被编译的关键代码，然后把它们编译8工程硕：学位论文成本地代码。应用了自适应编译优化技术的例子并不少见，来自S u n 公司的J A V AH o t S p o t 虚拟机和来自I B M 公司的J A V A 虚拟机都是。必须重视这样8 0 2 0 原理(T h e8 0 2 0 P r i n c i p