Java程序優(yōu)化與數(shù)據(jù)競爭檢測的研究.pdf

1、Java程序語言因其高效和安全性在不同的平臺都得到了廣泛應用，從服務端到移動電話平臺，因此提供高效的Java優(yōu)化編譯器與運行系統(tǒng)有著重要的意義。為了發(fā)揮多核優(yōu)勢，多核機器的普及增加了對多線程程序的需求。Java作為第一個在語言級提供對多線程支持的編程語言，是一種被廣泛使用的并行編程語言。然而多線程編程難度較大，程序員容易引入并發(fā)錯誤，如數(shù)據(jù)競爭、死鎖等。論文關(guān)注了Java程序的兩個熱點問題：運行時性能和并發(fā)錯誤檢測。
　　對于Ja

2、va程序的運行時性能優(yōu)化方面，論文基于Open64編譯器構(gòu)建了Java靜態(tài)編譯器Opencj，并基于Harmony DRLVM的運行時系統(tǒng)給出了動靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架。通過動靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架，嘗試揉合動態(tài)優(yōu)化與靜態(tài)優(yōu)化的各自優(yōu)勢進一步發(fā)掘優(yōu)化空間，提高Java程序的運行時性能。Openqi讀入Java的源程序或字節(jié)碼，生成Linux/X86平臺的可執(zhí)行代碼。Opencji完全繼承了Open64的高效優(yōu)化模塊，并實現(xiàn)對Java異常

3、機制的支持。Open64編譯器采用一種樹型結(jié)構(gòu)的中間表示W(wǎng)HIRL。它能表示各種高級控制流結(jié)構(gòu)，但不能顯式的提供數(shù)據(jù)流信息。論文基于SSA(Static Single Assignment)對WHIRL進行擴展，提出一種新的優(yōu)化結(jié)構(gòu)WHIRL SSA。WHIRL SSA通過將SSA信息，包含版本信息、phi節(jié)點和別名訪問的mu/chi節(jié)點，標注在WHIRL節(jié)點上，顯式的為數(shù)據(jù)流分析提供使用-定義信息。WHIRL SSA是第一個同時包含了

4、數(shù)據(jù)流和控制流信息、基于樹結(jié)構(gòu)高級中間表示的優(yōu)化架構(gòu)。論文討論了基于WHIRL SSA的優(yōu)化機會，并在該優(yōu)化結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)了Java數(shù)組邊界冗余檢測的刪除優(yōu)化。優(yōu)化的實現(xiàn)對科學計算類程序有著重要的意義。在NPB3.0基準測試集的性能測試中，Openci的靜態(tài)優(yōu)化性能比Sun JDK1.6的性能平均快超過20倍。
　　對于Java多線程程序的并發(fā)錯誤檢測方面，論文關(guān)注數(shù)據(jù)競爭錯誤的動態(tài)檢測。靜態(tài)檢測技術(shù)固有的不精確性導致過多假的錯誤報告

5、，給程序員帶來繁重的驗證開銷：相反動態(tài)檢測技術(shù)能夠報告出真正的競爭錯誤。但動態(tài)檢測執(zhí)行被插樁的代碼和記錄訪問歷史信息引入了巨大的時間開銷，這限制了動態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測器的廣泛使用。先前的研究工作通過調(diào)整檢測粒度減少對面向?qū)ο蟪绦騽討B(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測的開銷。但他們只有兩層粒度：對象層和域?qū)印Ｕ撐幕谝环N數(shù)據(jù)競爭錯誤模式會多次發(fā)生的現(xiàn)象，通過對象擁有關(guān)系提出了三層粒度的動態(tài)檢測算法，進一步減小了動態(tài)檢測開銷。檢測器在JVM的垃圾回收模塊中構(gòu)建對象擁

6、有關(guān)系樹，依據(jù)happens-before策略，開始只監(jiān)控全局對象的擁有者對象，當有潛在數(shù)據(jù)競爭發(fā)生時，自動調(diào)小檢測粒度。論文在同一個JVM中實現(xiàn)了4種粒度的檢測算法，給出了相對公平的性能比較。Java程序的測試結(jié)果表明三層粒度的檢測算法在沒有減少檢測精度的情況下，比域?qū)恿６葴p少了平均3倍的檢測開銷。論文最后討論了動靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架并對論文進行了總結(jié)與展望。
　　論文的主要貢獻包括：
　　●給出了一個動靜結(jié)合的編譯優(yōu)化