編譯器類型
編譯器最終的目的是將我們寫的源代碼編譯成機器能識別的機器碼。 在JVM 中有三個非常重要的編譯器，它們分別是：前端編譯器、JIT 編譯器和AOT編譯器。
前端編譯器
將源代碼轉化成字節碼，如javac；我們一般稱 javac 編譯器為前端編譯器，因為其發生在整個編譯的前期。javac編譯過程大致可以分為1個準備過程和3個處理過程，它們分別如下所示。
- 準備過程：初始化插入式注解處理器，java是支持注解的。
- 解析與填充符號表過程，包括：
a. 詞法、語法分析。將源代碼的字符流轉變為標記集合，構造出抽象語法樹。
b. 填充符號表。產生符號地址和符號信息。 - 插入式注解處理器的注解處理過程：插入式注解處理器的執行階段，本章的實戰部分會設計一個插入式注解處理器來影響Javac的編譯行為。
- 分析與字節碼生成過程，包括：
a. 標注檢查。對語法的靜態信息進行檢查。
b. 數據流及控制流分析。對程序動態運行過程進行檢查。
c. 解語法糖。將簡化代碼編寫的語法糖還原為原有的形式。
d. 字節碼生成。將前面各個步驟所生成的信息轉化成字節碼。
JIT編譯器（即時編譯器）
將字節碼轉換成機器碼，如HotSpot VM的C1和C2編譯器。
當源代碼轉化為字節碼之后，程序要運行程序，有兩種選擇：一種是使用 Java 解釋器解釋執行字節碼，另一種則是使用編譯器將字節碼轉化為本地機器代碼。
- 解釋器執行：將編譯好的字節碼一行一行地翻譯為機器碼執行，程序啟動速度快，但是運行速度慢；
- 編譯器執行：以方法為單位，將字節碼一次性翻譯為機器碼后執行，程序啟動速度慢，但是運行速度快。
在整個Java虛擬機執行架構里，解釋器與編譯器經常是相輔相成地配合工作，當虛擬機發行某個方法執行特別頻繁時，就會把這些代碼判定成“熱點代碼”，為了提高熱點代碼的執行效率，在運行時，虛擬機將會把這些代碼編譯成本地機器碼，并以各種手段盡可能地進行代碼優化，運行時完成這個任務的后端編譯器被稱為即時編譯器。當執行JIT編譯后的機器碼出現問題時，那么虛擬機又會使用解釋器來執行代碼。
在 HotSpot 虛擬機內置了多個即時編譯器，分別稱為 Client 編譯器（C1）、Server 編譯器（C2）和graal編譯器。
- C1：即Client編譯器，面向對啟動性能有要求的客戶端GUI程序，將字節碼轉換為機器碼時只進行簡單、可靠的優化，因此編譯的時間較短，通過
-client參數打開。 - C2：即Server編譯器，面向對性能峰值有要求的服務端程序，將字節碼轉換為機器碼時會進行激進、復雜的優化，因此編譯時間長，但是在運行過程中性能更好，通過
-server參數打開。 - graal：graal是JDK10引入的一個編譯器，目的是用來替換C2編譯器。
虛擬機執行模式
虛擬機有三種執行模式：混合模式（Mixed Mode）、解釋模式（Interpreted Mode）和編譯模式（CompiledMode），默認是混合模式。
- 混合模式（Mixed Mode）：解釋器與編譯器搭配使用的方式在虛擬機中被稱為“混合模式”（Mixed Mode）。
-
-Xint：指定虛擬機使用“解釋模式”（Interpreted Mode），代碼都使用解釋方式執行； -
-Xcomp：指定虛擬機使用“編譯模式”，代碼優先采用編譯方式執行程序，但是當編譯后的代碼無法正常執行時，這時使用解釋執行來兜底；
編譯器優化
為了在程序啟動響應速度與運行效率之間達到最佳平衡，HotSpot虛擬機在編譯子系統中加入了分層編譯的功能，分層編譯根據編譯器編譯、優化的規模與耗時，劃分出不同的編譯層次，其中包括：
- 第0層：程序只使用解釋執行，并且解釋器不開啟性能監控功能（Profiling）。
- 第1層：使用客戶端編譯器將字節碼編譯為本地代碼來運行，進行簡單可靠的穩定優化，不開啟性能監控功能。
- 第2層：仍然使用客戶端編譯器執行，僅開啟方法及回邊次數統計等有限的性能監控功能。
- 第3層：仍然使用客戶端編譯器執行，開啟全部性能監控，除了第2層的統計信息外，還會收集如分支跳轉、虛方法調用版本等全部的統計信息。
- 第4層：使用服務端編譯器將字節碼編譯為本地代碼，相比起客戶端編譯器，服務端編譯器會啟用更多編譯耗時更長的優化，還會根據性能監控信息進行一些不可靠的激進優化。
以上層次并不是固定不變的，根據不同的運行參數和版本，虛擬機可以調整分層的數量。分層編譯的交互關系，如下：
-XX:+TieredCompilation，開啟分層編譯，可以讓jvm在啟動時啟用client編譯，隨著代碼變熱后再轉為server編譯。
熱點探測
對于程序來說，通常只有一部分代碼被經常執行，這些關鍵代碼被稱為應用的熱點，執行的越多就認為是越熱，將這些代碼編譯為本地機器特定的二進制碼，可以有效提高應用性能。目前主流的熱點探測判定方式有兩種，分別是：
- 基于采樣的熱點探測（Sample Based Hot Spot Code Detection）。采用這種方法的虛擬機會周期性地檢查各個線程的調用棧頂，如果發現某個（或某些）方法經常出現在棧頂，那這個方法就是“熱點方法”。基于采樣的熱點探測的好處是實現簡單高效，還可以很容易地獲取方法調用關系（將調用堆棧展開即可），缺點是很難精確地確認一個方法的熱度，容易因為受到線程阻塞或別的外界因素的影響而擾亂熱點探測。
- 基于計數器的熱點探測（Counter Based Hot Spot Code Detection）。采用這種方法的虛擬機會為每個方法（甚至是代碼塊）建立計數器，統計方法的執行次數，如果執行次數超過一定的閾值就認為它是“熱點方法”。這種統計方法實現起來要麻煩一些，需要為每個方法建立并維護計數器，而且不能直接獲取到方法的調用關系。但是它的統計結果相對來說更加精確嚴謹。
AOT編譯器
將源代碼直接編譯成機器碼，稱為提前編譯器（AOT編譯器），如：Jaotc；
提前編譯器主要的優點：
- 提前編譯器不會占用程序的運行時間和運算資源，但是及時編譯器會，這也是即時編譯器的最大弱點。
- 可以作為即時編譯器的緩存，改善程序的啟動時間。
提前編譯器主要的缺點，也是即時編譯器的優點：
- 不能進行性能分析制導優化（Profile-Guided Optimization，PGO），因為提前編譯不能收集到程序的運行時監控數據，無法定位熱點代碼，所以不能集中優化和分配更好的資源進行制導優化。
- 不能進行激進預測性優化，因為提前編譯器編器必須保證優化后的程序一定能正常運行，所以不能進行一些激進優化。
- 不能進行鏈接時優化（Link-Time Optimization，LTO），因為主程序與動態鏈接庫的代碼在它們編譯時是完全獨立的，兩者各自編譯、優化自己的代碼，所以提前編譯器無法進行鏈接時優化，但是程序運行時會將所有的Class加載到虛擬機中，所以即時編譯器可以進行鏈接時優化。
總結
從應用啟動速度來看：解釋執行 > AOT 編譯器 > JIT 編譯器。
從應用運行速度來看： JIT 編譯器> AOT 編譯器 > 解釋執行。
JVM虛擬為了保持程序啟動時間和運行效率的平衡，一般會使用多種方式配合工作。
參考
《深入理解JAVA虛擬機》
