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(tái)都得到了廣泛應(yīng)用，從服務(wù)端到移動(dòng)電話平臺(tái)，因此提供高效的Java優(yōu)化編譯器與運(yùn)行系統(tǒng)有著重要的意義。為了發(fā)揮多核優(yōu)勢，多核機(jī)器的普及增加了對(duì)多線程程序的需求。Java作為第一個(gè)在語言級(jí)提供對(duì)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(cuò)誤，如數(shù)據(jù)競爭、死鎖等。論文關(guān)注了Java程序的兩個(gè)熱點(diǎn)問題：運(yùn)行時(shí)性能和并發(fā)錯(cuò)誤檢測。
　　對(duì)于Ja

2、va程序的運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)系統(tǒng)給出了動(dòng)靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架。通過動(dòng)靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架，嘗試揉合動(dòng)態(tài)優(yōu)化與靜態(tài)優(yōu)化的各自優(yōu)勢進(jìn)一步發(fā)掘優(yōu)化空間，提高Java程序的運(yùn)行時(shí)性能。Openqi讀入Java的源程序或字節(jié)碼，生成Linux/X86平臺(tái)的可執(zhí)行代碼。Opencji完全繼承了Open64的高效優(yōu)化模塊，并實(shí)現(xiàn)對(duì)Java異常

3、機(jī)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(jí)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(duì)WHIRL進(jìn)行擴(kuò)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(diǎn)和別名訪問的mu/chi節(jié)點(diǎn)，標(biāo)注在WHIRL節(jié)點(diǎn)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(gè)同時(shí)包含了

4、數(shù)據(jù)流和控制流信息、基于樹結(jié)構(gòu)高級(jí)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(jī)會(huì)，并在該優(yōu)化結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了Java數(shù)組邊界冗余檢測的刪除優(yōu)化。優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)計(jì)算類程序有著重要的意義。在NPB3.0基準(zhǔn)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(duì)于Java多線程程序的并發(fā)錯(cuò)誤檢測方面，論文關(guān)注數(shù)據(jù)競爭錯(cuò)誤的動(dòng)態(tài)檢測。靜態(tài)檢測技術(shù)固有的不精確性導(dǎo)致過多假的錯(cuò)誤報(bào)告

5、，給程序員帶來繁重的驗(yàn)證開銷：相反動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)能夠報(bào)告出真正的競爭錯(cuò)誤。但動(dòng)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(shí)間開銷，這限制了動(dòng)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(duì)面向?qū)ο蟪绦騽?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)競爭檢測的開銷。但他們只有兩層粒度：對(duì)象層和域?qū)印Ｕ撐幕谝环N數(shù)據(jù)競爭錯(cuò)誤模式會(huì)多次發(fā)生的現(xiàn)象，通過對(duì)象擁有關(guān)系提出了三層粒度的動(dòng)態(tài)檢測算法，進(jìn)一步減小了動(dòng)態(tài)檢測開銷。檢測器在JVM的垃圾回收模塊中構(gòu)建對(duì)象擁

6、有關(guān)系樹，依據(jù)happens-before策略，開始只監(jiān)控全局對(duì)象的擁有者對(duì)象，當(dāng)有潛在數(shù)據(jù)競爭發(fā)生時(shí)，自動(dòng)調(diào)小檢測粒度。論文在同一個(gè)JVM中實(shí)現(xiàn)了4種粒度的檢測算法，給出了相對(duì)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(dòng)靜態(tài)結(jié)合的編譯優(yōu)化框架并對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié)與展望。
　　論文的主要貢獻(xiàn)包括：
　　●給出了一個(gè)動(dòng)靜結(jié)合的編譯優(yōu)化