「基于虛擬寄存器」 的虛擬機(jī)可以是二地址或者三地址設(shè)計(jì),操作數(shù)存放在虛擬寄存器中,很多指令只需要對(duì)寄存器進(jìn)行讀取,不涉及到速度慢了很多的內(nèi)存,相對(duì)于求值棧的方案,指令數(shù)量更少,空間占用更高。

「有圖有真相」

下面我們來看一段非常簡(jiǎn)單的Java代碼,直觀的感受一下求值棧與寄存器方案的差異。

class Test {
  public static void foo() {  
        int a = 1;  
        int b = 2;  
        int c = (a + b) * 5;  
    } 
}

「求值棧寄存器」

這個(gè)程序很簡(jiǎn)單,使用javac將它編譯成字節(jié)碼,再利用javap查看指令

javac Test.java
javap -v Test

得到如下指令:

接下來,通過觀察指令執(zhí)行流程了解JVM基于棧的邏輯:

可以看出,基于求值棧的VM在執(zhí)行的時(shí)候會(huì)反復(fù)的對(duì)棧進(jìn)行push與pop的操作,這樣一來需要執(zhí)行的指令條數(shù)就多了。

當(dāng)然,上面的指令是未優(yōu)化的,實(shí)際上在生成指令之前可以將a與b直接優(yōu)化掉(常數(shù)折疊),減少內(nèi)存占用。

「寄存器虛擬機(jī)」

同樣是執(zhí)行Java代碼, android 的Dalvik VM是采用基于寄存器的架構(gòu),通過以下命令:

dx --dex --no-optimize --output Test.dex Test.class

如果不顯示的指定--no-optimize,生成的Test.dex經(jīng)過優(yōu)化后,foo函數(shù)里面所有的變量與運(yùn)算都被優(yōu)化掉了,只剩下一個(gè)return-void指令,從上下文分析可以得出foo內(nèi)部的a,b,c變量與其參與的運(yùn)算都可以不需要。不經(jīng)過優(yōu)化的指令如下:

指令執(zhí)行流程如下:編譯期已經(jīng)確定棧幀的虛擬寄存器的數(shù)量,v3 v4是加載數(shù)據(jù)與運(yùn)算時(shí)使用的寄存器,v0 v1 v2則對(duì)面最后三個(gè)變量。

數(shù)據(jù)一量裝入寄存器,在盡可能不使用內(nèi)存的情況下只使用寄存器速度快得多,因?yàn)樗挥妙l繁與內(nèi)存打交道了。

任何事物都有兩面性,棧相比寄存器架構(gòu)它的可移植性更強(qiáng),棧在任何機(jī)器上實(shí)現(xiàn)都很容易。在java設(shè)計(jì)之初就希望它是一個(gè)能在所有平臺(tái)上通吃的語言,所以JVM基于棧。

而寄存器架構(gòu)的VM往往會(huì)把虛擬寄存器與實(shí)際的寄存器映射,如果虛擬寄存器的數(shù)量小于等于實(shí)際的寄存器,則實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易,如果虛擬寄存器數(shù)量大于了實(shí)際的寄存器數(shù)量則相對(duì)復(fù)雜。

Dalvik只用于android平臺(tái),性能往往是更需要關(guān)注的東西,這樣來講android 4.0x開始基于寄存器的DVM就可以理解了,此時(shí)的設(shè)備內(nèi)存普遍高而且CPU的寄存器數(shù)量也多。

「總結(jié):」 棧與寄存器架構(gòu)各有優(yōu)劣,任何的事物在設(shè)計(jì)之初都有它考慮的重點(diǎn),它們沒有絕對(duì)的優(yōu)劣,如果你要用AST來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算,只要滿足了你的要求,無可厚非。

好比時(shí)間與空間在寫的程序里永遠(yuǎn)是一個(gè)矛盾的存在,人們總是在追求一個(gè)極致的平衡點(diǎn)。

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