Java 9'da Çalışma Zamanından Önce Derleme

Java sınıfları javac derleyicisi ile derlenir ve sekizlik kodlar (=bytecode) içeren class uzantılı ikili bir dosya üretilir:

[centos@guru src]$javac -d ../bin com/example/animals/application/*.java

Bir uygulama çok sayıda Java sınıfından oluşur. Bu nedenle uygulamanın dağıtımını yapmak için tek bir dağıtım dosyasına dönüştürmek gerekir. Java Standard Edition'da dağıtım dosyası jar'dır.  Bir proje için jar dağıtım dosyasını üretmek için aynı isimli jar uygulamasını kullanıyoruz:

[centos@guru bin]$ jar -ecvf com.example.animals.application.AnimalApp app.jar .
added manifest
adding: com/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)
adding: com/example/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)
adding: com/example/animals/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)
adding: com/example/animals/application/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)
adding: com/example/animals/application/AnimalAppInJava7.class(in = 1322) (out= 788)(deflated 40%)
adding: com/example/animals/application/AnimalApp.class(in = 4253) (out= 1802)(deflated 57%)
adding: com/example/animals/domain/(in = 0) (out= 0)(stored 0%)
adding: com/example/animals/domain/Animal.class(in = 554) (out= 382)(deflated 31%)
adding: com/example/animals/domain/Cat.class(in = 1464) (out= 730)(deflated 50%)
adding: com/example/animals/domain/Pet.class(in = 218) (out= 167)(deflated 23%)
adding: com/example/animals/domain/Fish.class(in = 1565) (out= 762)(deflated 51%)
adding: com/example/animals/domain/Spider.class(in = 1007) (out= 554)(deflated 44%)

Java uygulamasını çalıştırmak için ise Java Sanal Makinasına ihtiyaç bulunuyor. java komutu ile Java Sanal Makinasına yazılımsal olarak erişmiş oluyoruz. jar olarak dağıtılmış bir Java uygulamasını basitçe aşağıdaki gibi bir komutla çalıştırabiliriz:

[centos@guru bin]$ java -cp app.jar com.example.animals.application.AnimalApp

Eğer jar oluşturulurken çalıştırılacak sınıfın hangi sınıf olduğu, başka bir deyişle uygulamanın giriş noktası tanımlanmışsa, uygulamayı daha da basit bir şekilde aşağıda verildiği gibi çalıştırabiliriz:

[centos@guru bin]$ java -jar app.jar

jar dağıtım dosyası üretilirken, jar komutuna uygulamanın giriş noktasının (çalıştırılacak sınıfın) hangisi olduğunu -e seçeneği ile veriyoruz.

JIT derleyici sekizlik kodları JSM’nin üzerinde çalıştığı platformun anlayacağı komutlara dönüştürür. Üstelik bunu yaparken devingen en iyileme de yapar. Bunun için uygulamanın basit bir kesitini (=profiling) çıkarır. Bu kesit bilgisine göre onlarca en iyileme tekniğinden hangilerini uygulayacağına karar verir. JIT'lenen kodlar elbette hızlı çalışır. Ancak bu işlemin bir zaman maliyeti vardır ve bu ödenen bedel özellikle uygulamanın açılış süresinin biraz uzamasına  ve uygulamada yer yer gecikmelerin yaşanmasına neden olur. JIT derleyici sınıf metotlarını, döngü bloklarını ve hataları ele aldığımız catch bloklarını derler.

Java Sanal Makinasının her türlü davranışını görünür kılabiliriz. Buna JIT derleyicinin davranışı da dahildir. JIT'lenen metotları görmek için uygulamayı aşağıdaki parametrelerle çalıştırmalısınız:

[centos@guru bin]$ java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -jar app.jar

Hatta JIT'lenen metotlarını makina dili karşılıklarını bile görebilirsiniz:

[centos@guru bin]$ java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -jar app.jar

Ancak yukarıdaki komutun ekrana JIT derleyicinin ürettiği kodun makina dili karşılığını yazabilmesi için özel bir kütüphaneye ihtiyacınız bulunuyor.

Oracle firmasının sağladığı Java Sanal Makina ürününün adı HotSpot'dur. Hotspot içinde iki farklı karakteristikte JIT derleyici bulunur: C1 ve C2. Java uygulamalarının başarımını ölçmek için farklı metrikler kullanarak ölçümler yapabiliriz. Açılış zamanı ve cevap süresi başarımı ölçmek için kullanılabilecek iki önemli ölçüttür. Masaüstü uygulamaları için açılış süresi ve web uygulamaları için ise cevap süresi daha önemlidir. Masaüstü uygulamaları, kullanıcı arayüzünü bir an önce kullanıcıya sunmalıdır. Örneğin, e-posta göndermek istiyorsunuz, bunun için favori e-posta istemcinizin  masaüstü simgesine tıkladınız. Pencerenin hemen açılmasını ve iletinizi bir an önce yazabilmeyi istersiniz. Nasıl olsa yazmaya başladığınızda, işlemci ile karşılaştırıldığında kaplumbağa hızında yazıyor olacaksınız. Yazılımın çok da hızlı çalışmaya ihtiyacı yok. Buna karşılık web uygulamalarında ise uygulama sunucusunun biraz geç açılmasına tahammül edebilirsiniz ama bir istek geldiğinde ona en hızlı sürede yanıt vermek ve cevabı dönebilmek istersiniz. İşte, C1 derleyicisi açılış süresini iyileştirmek ve C2 derleyicisi ise hızlı yanıt süresini iyileştirmek üzere en iyilenmiştir.

Ancak biz uygulamanın hem hızlı açılmasını hem de kısa sürede çok iş çıkarmasını isteriz! Java 7'de her iki JIT derleyiciyi (C1 ve C2) de katmanlı bir yapıda kullanan bir derleyici geldi: Katmanlı JIT Derleyici (=Tiered Compiler). Java 7'de bu derleyici varsayılan olarak kapalı geliyor. Açmak için uygulamayı -XX:+TieredCompilation seçeneği açık olacak şekilde çalıştırmanız gerekiyor:

[centos@guru bin]$ java -XX:+TieredCompilation -jar app.jar

Java 8'de ise katmanlı derleyici olgunlaştığı için varsayılan özellik olarak açık geliyor! Herhangi bir seçenek vermenize gerek bulunmuyor!

Peki, neden uygulama çalıştırılmadan önce class uzantılı dosyaları doğrudan uygulamanın üzerinde çalışacağı işlemcinin anlayacağı komutlara dönüştürmüyoruz? Genel olarak bu işlem uygulamanın birim zamanda iş çıkarma kapasitesini düşürecektir. Ancak bazı özel durumlarda uygulamanın açılış süresini iyileştirme potansiyeli bulunuyor. Java 9'da çalışma zamanından önce derleme (=ahead of time compilation, AOT) geldi. Başlangıçta, bu özelliğin sadece 64-bitlik Linux sistemlerde çalıştığını belirtmem gerekiyor. 

Çalışma zamanından önce derleyici Java Geliştirme Kiti içinden çıkan bir araç olarak geliyor: jaotc. jaotc ile bir sınıfı, bir dağıtım dosyası içindeki sınıfları ve bir modül içindeki sınıfları derleyebiliriz. Derlendiğinde ise so uzantılı paylaşımlı kütüphane dosyası oluşturuluyor.

Önce bir sınıfı jaotc ile derleyelim:

[centos@guru bin]$ jaotc --compile-for-tiered -J-XX:-UseAOT -J-Xmx2g  --info com/example/animals/application/AnimalApp.class --output ./libanimalapp.so
Compiling ./libanimalapp...
1 classes found (59 ms)
4 methods total, 4 methods to compile (7 ms)
Compiling with 2 threads
.
4 methods compiled, 0 methods failed (852 ms)
Parsing compiled code (4 ms)
Processing metadata (28 ms)
Preparing stubs binary (1 ms)
Preparing compiled binary (0 ms)
Creating binary: ./libanimalapp.o (15 ms)
Creating shared library: ./libanimalapp.so (30 ms)
Total time: 1863 ms

Şimdi bir jar dağıtım dosyası içindeki sınıfları jaotc ile derleyelim:

[centos@guru bin]$ jaotc --compile-for-tiered -J-XX:-UseAOT -J-Xmx2g  --info --jar app.jar --output ./libanimals.so
Compiling ./libanimals...
7 classes found (97 ms)
31 methods total, 27 methods to compile (11 ms)
Compiling with 2 threads
.
27 methods compiled, 0 methods failed (2214 ms)
Parsing compiled code (4 ms)
Processing metadata (54 ms)
Preparing stubs binary (1 ms)
Preparing compiled binary (1 ms)
Creating binary: ./libanimals.o (20 ms)
Creating shared library: ./libanimals.so (20 ms)
Total time: 3211 ms

Son olarak ise java.sql modülü içindeki sınıfları jaotc ile derleyelim:

[centos@guru ~]$ jaotc --compile-for-tiered -J-XX:-UseAOT -J-Xmx2g --info --module java.sql --output ./libjava.sql-tiered.so
Compiling ./libjava.sql-tiered...
81 classes found (113 ms)
1311 methods total, 323 methods to compile (101 ms)
Compiling with 2 threads
....
323 methods compiled, 0 methods failed (6650 ms)
Parsing compiled code (26 ms)
Processing metadata (226 ms)
Preparing stubs binary (1 ms)
Preparing compiled binary (3 ms)
Creating binary: ./libjava.sql-tiered.o (131 ms)
Creating shared library: ./libjava.sql-tiered.so (208 ms)
Total time: 8365 ms

Uygulamaları çalıştırırken Java Sanal Makinasının, so kütüphanesinde verilen metodları kullanmasını ise aşağıdaki örneklerdeki gösterilen seçenekleri vererek sağlıyoruz:

[centos@guru bin]$ java -XX:AOTLibrary=./libanimalapp.so -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAOT -XX:+UseAOTStrictLoading -XX:+UseAOT -jar app.jar com.example.animals.application.AnimalApp
     15    1     loaded    ./libanimalapp.so  aot library
    172    1     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.main([Ljava/lang/String;)V
    172    2     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.<init>()V
    172    3     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.lambda$main$1(Lcom/example/animals/domain/Animal;)Z
    172    4     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.lambda$main$0(Ljava/lang/Class;Lcom/example/animals/domain/Animal;)V

[centos@guru bin]$ java -XX:AOTLibrary=./libanimals.so -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAOT -XX:+UseAOTStrictLoading -XX:+UseAOT -jar app.jar com.example.animals.application.AnimalApp
     11    1     loaded    ./libanimals.so  aot library
    144    1     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.<init>()V
    144    2     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.lambda$main$1(Lcom/example/animals/domain/Animal;)Z
    144    3     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.lambda$main$0(Ljava/lang/Class;Lcom/example/animals/domain/Animal;)V
    144    4     aot[ 1]   com.example.animals.application.AnimalApp.main([Ljava/lang/String;)V
    181    5     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Animal.getLegs()I
    181    6     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Animal.<init>(I)V
    181    7     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Animal.walk()V
    181    8     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.<init>(Ljava/lang/String;)V
    181    9     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.<init>()V
    181   10     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.play()V
    181   11     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.eat()V
    181   12     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.toString()Ljava/lang/String;
    181   13     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.getName()Ljava/lang/String;
    181   14     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Cat.setName(Ljava/lang/String;)V
    181   15     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Spider.<init>()V
    181   16     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Spider.eat()V
    181   17     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Spider.toString()Ljava/lang/String;
    181   18     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.<init>(Ljava/lang/String;)V
    181   19     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.<init>()V
    181   20     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.play()V
    181   21     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.toString()Ljava/lang/String;
    181   22     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.eat()V
    181   23     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.getName()Ljava/lang/String;
    181   24     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.setName(Ljava/lang/String;)V
    181   25     aot[ 1]   com.example.animals.domain.Fish.walk()V

jaotc derlenen ve çalıştırılan kod parçaları başlangıçta yorumlamalı çalıştırmaya göre kesinlikle daha hızlı çalışacaktır. Üstelik başlangıç bu kodun JIT'lenmesi için zaman kaybedilmediği için uygulamamız potansiyel olarak daha hızlı açılacak ve hızlı çalışacaktır. AOT kullanmadan önceki ve sonraki başarımı mutlaka ölçmelisiniz! 

Java Sanal Makinası ve HotSpot

Java platformunun en güçlü bileşeni yazdığımız Java uygulamalarını çalıştıran Java Sanal Makinasıdır. Hatta son dönemde ortaya çıkan programlama dillerinin çoğunun Java Sanal Makinası (JSM) üzerinde çalışması rastlantısal olamaz! JSM etrafında kümelenmiş bu dilleri ortak olarak "JSM dilleri" olarak adlandırıyoruz. JSM kapalı bir kutu gibi görünse de bu kutuyu açıp içini kurcalamak, davranışını izlemek, başarımını iyileştirmek mümkündür. JSM gerçek bir işlemci tanımlar. Bu işlemcinin komut kümesi, adresleme kipi, saklayıcıları, aritmetik ve lojik işlem birimi ve bellek modeli bulunur (Şekil-1).  Bu işlemcinin standart tanımına bu adresten ulaşabilirsiniz. JSM fiziksel olarak üretilebilecek bir işlemci tanımlar. Ancak biz uzun süredir JSM'yi yazılımsal olarak ediniyoruz. 

Şekil-1 JSM'nin iç yapısı

Farklı işletim sistemlerinde farklı JSM'lerle karşılaşabilirsiniz. Oracle'ın HotSpot'u en çok kullanılan JSM'dir ve hemen hemen her işletim sitemi için HotSpot bulabilirsiniz. Oracle'ın sahip olduğu ama artık geliştirmesini durdurduğu bir JSM daha var: JRockit. Oracle'ın Sun firmasını satın almasından sonra HotSpot ile ilerlemeye karar verdi ve JRockit'in geliştirmesini durdurdu. Onun iyi özelliklerini HotSpot'a aktardığını ve HotSpot'u ticarileştirdiğini görüyoruz. JDK 7u40 sürümü ile birlikte gelen jmc (Mision Control) ve Flight Recorder yeteneğini JRockit'dan almıştır. jmc'nin kişisel kullanımı ücretsizdir, ancak ticari kullanımı için "Oracle ile gelirinizi paylaşmanız" gerekir. Azul Systems'ın biri OpenJDK tabanlı olan Zulu adında destek alabileceğiniz bir JSM'si ve diğeri Zing isimli, büyük Heap alanlarıyla, donma olmadan çalışmayı vaat eden, C4 (Continuously Concurrent Compacting Collector) adında bir çöp toplayıcısı barındıran bir JSM'si daha bulunuyor. IBM'in kendi AIX ve Linux tabanlı sistemleri için geliştirdiği J9 adında bir JSM'si bulunuyor.
Java uygulamalarını çalıştırdığınız ortamlarda, farklı mimariler ile karşılaşabilirsiniz. Java SE platformunda uygulama çalıştıracak iseniz tipik yapı Şekil-2'de verilmiştir.

 

Şekil-2 Java SE Uygulamalarının çalıştığı tipik mimari

Burada en altta tüm işi asıl yapan, fiziksel olarak dokunabileceğimiz donanım yer alır. Onun üzerinde donanım kaynaklarını yönetmekle sorumlu olan işletim sistemi çekirdeği yer alır. JSM ise işletim sistemi üzerinde oturur. Java uygulamalarının platform bağımsız olmasını sağlayan JSM'dir. JSM geliştirdiğimiz uygulamanın byte kodlarını alıp, işlemcinin ve  işletim sisteminin anlayacağı makine komutlarına ve sistem çağrılarına dönüştürür. Kurumsal uygulama geliştirmek için ise Java EE platformunu kullanıyoruz. Java EE platformunda uygulama geliştirmek için ise Java EE uyumlu bir uygulama sunucusuna ihtiyaç bulunmaktadır. Uygulama sunucusunun kendisi de bir Java uygulamasıdır ve bu nedenle JSM üzerinde çalışır. Bu durumda Java EE uygulamaları Şekil-3'deki gibi bir mimari üzerinde koşarlar. Java EE uygulama sunucularının bir kısmı açık kaynak kodlu (TomEE, GF, JBoss AS, Wildfly), bir kısmı ücretli (JBoss EAP, Weblogic, WebSphere) ve bir kısmı da kapalı kodludur (Weblogic, WebSphere). 

Şekil-3 Java EE Uygulamalarının çalıştığı tipik mimari

Son dönemde güçlü donanımlar ile karşılaşıyoruz. Bu güçlü donanımlar üzerinde, sistem kaynaklarının, uygulamalar arasında daha iyi paylaştırılabilmesi için çeşitli çözümler geliştirildiğini görüyoruz:

• Zone (Solaris)
• Control Groups (Linux)
• Docker (Control Groups ile birlikte kullanılımı)
• Sanallaştırma 

Zone ve Control Groups çözümleri Kap (=Container) teknolojisini kullanırlar. Ev sahibi işletim sisteminden, biri birinden yalıtılmış klonlar yaratılır. Bu yaratılan klonlara ihtiyaca göre kaynak atanarak, kaynak kullanımı planlanır. Sanallaştırma çözümünde ise donanım üzerinde ince bir sanallaştırma katmanı oturur. Bu katman üzerinde sanal makinalar tanımlanır. Bu sanal makinalar üzerine ihtiyaca göre farklı işletim sistemleri kurulur. JSM bu işletim sistemleri üzerinde çalışır (Şekil-4). 

Şekil-4 Sanallaştırma çözümü ve JSM

JSM'nin İşletim Sistemine ihtiyaç duymayan, doğrudan Sanal Makina üzerinde oturan türleri de mevcuttur (Şekil-5): JRockit VE (Virtual Edition) ve WebSphere HE (Hypervisor Edition).

Şekil-5 Doğrudan sanal makina üzerinde çalışan JSM

HotSpot
Bu bölümde HotSpot marka Java Sanal Makinasını inceleyeceğiz. HotSpot ona sorulduğunda kendisini tanıtır:

c:\opt32\java\jdk1.7.0_71\bin>java -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) Client VM (build 24.71-b01, mixed mode, sharing)

Burada JSM'nin HotSpot marka olduğunu, dağıtım sürümünün 24.71-b01, JDK sürümünün ise 1.7u71 olduğunu anlıyoruz. Ancak burada açıklamam gereken Client VM, mixed mode ve sharing tanımlamaları var. JSM hem 32-bit hem de 64-bit olabilir. Eğer bize açıkça 64-bit olduğunu söylemiyor ise 32-bittir. 64-bitlik bir HotSpot bize kendini aşağıdaki gibi tanıtacaktır:
c:\opt64\java\jdk1.7.0_71\bin>java -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, mixed mode)
Evet, HotSpot kendini 64-bit olarak tanıttı. Bir değişiklik daha dikkatimizi çekiyor: Client VM yazan yerde şimdi Server VM yazıyor! Henüz ne olduklarını bilmiyoruz ama en azından varsayılan olarak, 32-bitlik HotSpot, Client VM özelliğinde ve 64-bitlik HotSpot ise Server VM özelliğinde olduğunu biliyoruz. Önce "mixed mode" özelliğini açıklayalım. HotSpot, uygulamaları başlangıçta yorumlamalı olarak çalıştırır. Basit bir şekilde açıklamak gerekirse, HotSpot çalıştırılacak metodun byte kodlarının x86 karşılıklarını, byte kod-x86 çizelgesinden öğrenir ve x86 komutlarını işlemciye çalıştırması için gönderir. Bu çalışma şekli yavaştır. "mixed mode" çalışma şeklinde uygulama başlangıçta bu yüzden yavaş çalışır. Bir süre sonra HotSpot uygulamanın sıkça çalışan ve ısınan metotlarını JIT (=Just-in-time)  derleyicisine gönderir. JIT'lenen metot bundan sonra doğal işlemci komutları olarak çalışacağından, daha hızlı çalışır. Bir süre sonra bakıldığında, çalışan metotların bir kısmı yorumlamalı bir kısmı ise işlemcinin doğal komutlarında çalışır. Java uygulamamız başlangıçta yavaş çalışırken, yavaş yavaş hızlanmaya başlayacaktır. JIT derleyici sadece ana işlemci komutlarına dönüştürme yapmaz, aynı zamanda dinamik en iyileme yöntemlerini uygular. Hızlanmanın asıl kaynağı da buradan gelir. C/C++ ve Java'da yazılmış çözümlerin karşılaştırılmasında, Java'nın bazen daha üstün başarım sergilemesinin nedeni, JIT derleyicisinin uyguladığı bu iyileştirmelerdir. Şekil-6'da JIT derleyicinin basit bir şeması verilmiştir. JIT derleyici içinde basit bir kesit çıkarıcı (=Profiler) vardır ve yazılımın şeklini belirlemeye çalışır. En iyileme teknikleri, yazılımın çalışma zamanında aldığı şekle göre uygulanır. Her en iyileme tekniği her durumda geçerli değildir. JIT derleyici önce JIT'lenecek metodun ya da döngü bloğunun byte kodlarını ara bir gösterime dönüştürür. En iyileyici, yazılımın kesit bilgisinden yararlanarak, yazılımın şekline uygun en iyileme tekniklerini uygular. En iyileme, her durumda ara gösterime uygulanır. Kod üreteci bu ara gösterimden x86 kodu üretir. Kesit çıkarıcı koşturulan kodun davranışından, kesit bilgisini günceller.

Şekil-6 JIT Derleyici

HotSpot içinde iki farklı karakteristikte JIT derleyici bulunur: C1 ve C2. Client VM, C1 derleyicisini ve Server VM ise C2 derleyicisini kullanır. Java uygulamalarının başarımını ölçmek için farklı metrikler kullanarak ölçümler yapabiliriz. Açılış zamanı ve cevap süresi başarımı ölçmek için kullanılabilecek iki ölçüttür. Masaüstü uygulamaları için açılış süresi ve web uygulamaları için ise cevap süresi daha önemlidir. Masaüstü uygulamaları kullanıcı arayüzünü bir an önce kullanıcıya sunmalıdır. Örneğin, e-posta göndermek istiyorsunuz, bunun için favori e-posta istemcinizin  (örneğin, Thunderbird) masaüstü simgesine tıkladınız. Pencerenin beş dakika sonra açılması sizi hiç memnun etmez. Pencerenin hemen açılmasını ve iletinizi bir an önce yazabilmeyi istersiniz. Nasıl olsa yazmaya başladığınızda, işlemci ile karşılaştırıldığında kaplumbağa hızında yazıyor olacaksınız. Yazılımın çok da hızlı çalışmaya ihtiyacı yok. Buna karşılık web uygulamalarında ise uygulama sunucusunun biraz geç açılmasına tahammül edebilirsiniz ama bir istek geldiğinde ona en hızlı sürede yanıt vermek ve cevabı dönebilmek istersiniz. İşte C1 derleyicisi açılış süresini iyileştirmek ve C2 derleyicisi ise hızlı yanıt süresini iyileştirmek üzere en iyilenmiştir. 32-bitlik HotSpot hem Client VM hem de Server VM olarak çalışabilirken, 64-bitlik HotSpot sadece Server VM olarak çalışır. -client ve -server seçenekleri ile tercihimizi HotSpot'a bildirebiliyoruz:

c:\opt64\java\jdk1.7.0_71\bin>java -client -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, mixed mode)

c:\opt64\java\jdk1.7.0_71\bin>java -server -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, mixed mode)

c:\opt32\java\jdk1.7.0_71\bin>java -client -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) Client VM (build 24.71-b01, mixed mode, sharing)

c:\opt32\java\jdk1.7.0_71\bin>java -server -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) Server VM (build 24.71-b01, mixed mode)

C1 en iyileme için acele eder. Amacı açılış süresini iyileştirmek olduğu için çok fazla en iyileme yapmaz. C2 ise JIT'lemek için acele etmez, önce uygulamanın şeklini alması bekler ve daha çok en iyileme tekniklerini uygular. Bu nedenle C1'in JIT'leme zaman maliyeti düşüktür ama buna paralel olarak, üretilen kodun kalitesi de düşüktür. C2'nin JIT'leme zaman maliyeti yüksektir ancak üretilen kodun kalitesi yüksektir. C2'nin ürettiği kod C1'in ürettiği koddan yaklaşık iki kat daha hızlı çalışır.
Java 7'de her iki JIT derleyicinin iyi özelliklerini birleştiren yeni bir JIT derleyicisi var: Katmanlı JIT derleyici (=Tiered Compiler). Hem açılış zamanını hem de cevap süresini iyileştirmeye çalışıyor. Şekil-7'de katmanlı JIT derleyicinin basit akış şemasını bulabilirsiniz.

Şekil-7 Katmanlı JIT Derleyici

Ancak Java 7'de bu özellik kapalıdır. Açmak için JSM'yi -XX:+TieredCompilation seçeneği ile başlatmanız gerekir. Java 8'de ise varsayılan davranış budur, bu nedenle herhangi bir tanımlama yapmanıza gerek yoktur. 
JIT derleyicinin davranışını izleyebilirsiniz. Hatta üretilen x86 kodunu da izlemek mümkündür. Bunun için HotSpot'u aşağıdaki gibi başlatmalısınız:
-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompilation -XX:+PrintAssembly
Ayrıca Windows platformu için hsdis-amd64.dll dosyasını java.exe ile aynı dizine koymanız gerekir. Bu dll dosya, x86 komutlarının sembolik dilde göstermesini sağlar. Ekran çıktısına ilişkin bir örneği aşağıda bulabilirsiniz:

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: PrintAssembly is enabled; turning on DebugNonSafepoints to gain additional output
    142    1             java.lang.String::hashCode (55 bytes)
Loaded disassembler from hsdis-amd64.dll
Decoding compiled method 0x00000000024ebd10:
Code:
[Disassembling for mach='i386:x86-64']
[Entry Point]
[Constants]
  # {method} 'hashCode' '()I' in 'java/lang/String'
  #           [sp+0x30]  (sp of caller)
  0x00000000024ebe40: mov    0x8(%rdx),%r10d
  0x00000000024ebe44: cmp    %r10,%rax
  0x00000000024ebe47: jne    0x00000000024b7a60  ;   {runtime_call}
  0x00000000024ebe4d: data32 xchg %ax,%ax
[Verified Entry Point]
  0x00000000024ebe50: mov    %eax,-0x6000(%rsp)
  0x00000000024ebe57: push   %rbp
  0x00000000024ebe58: sub    $0x20,%rsp         ;*synchronization entry
                                                ; - java.lang.String::hashCode@-1 (line 1446)
  0x00000000024ebe5c: mov    %rdx,%r13
  0x00000000024ebe5f: mov    0x10(%rdx),%eax    ;*getfield hash
                                                ; - java.lang.String::hashCode@1 (line 1446)
  0x00000000024ebe62: test   %eax,%eax
  0x00000000024ebe64: jne    0x00000000024ebf44  ;*ifne
                                                ; - java.lang.String::hashCode@6 (line 1447)
  0x00000000024ebe6a: mov    0xc(%rdx),%esi     ;*getfield value
                                                ; - java.lang.String::hashCode@10 (line 1447)
  0x00000000024ebe6d: mov    0xc(%rsi),%r10d    ;*arraylength
                                                ; - java.lang.String::hashCode@13 (line 1447)
                                                ; implicit exception: dispatches to 0x00000000024ebf65
  0x00000000024ebe71: xor    %edi,%edi
  0x00000000024ebe73: test   %r10d,%r10d
  0x00000000024ebe76: jle    0x00000000024ebf50  ;*ifle
                                                ; - java.lang.String::hashCode@14 (line 1447)
  0x00000000024ebe7c: test   %r10d,%r10d
  0x00000000024ebe7f: jbe    0x00000000024ebf54
  0x00000000024ebe85: mov    %r10d,%r8d
  0x00000000024ebe88: dec    %r8d
  0x00000000024ebe8b: cmp    %r10d,%r8d
  0x00000000024ebe8e: jae    0x00000000024ebf54
  0x00000000024ebe94: xor    %ebp,%ebp          ;*imul
                                                ; - java.lang.String::hashCode@36 (line 1451)
  0x00000000024ebe96: movzwl 0x10(%rsi,%rdi,2),%r9d
  0x00000000024ebe9c: add    %r9d,%ebp          ;*iadd
                                                ; - java.lang.String::hashCode@40 (line 1451)
  0x00000000024ebe9f: mov    %ebp,%ecx
  0x00000000024ebea1: shl    $0x5,%ecx
  0x00000000024ebea4: mov    %ecx,%eax
  0x00000000024ebea6: sub    %ebp,%eax          ;*imul
                                                ; - java.lang.String::hashCode@36 (line 1451)
  0x00000000024ebea8: inc    %edi               ;*iinc
                                                ; - java.lang.String::hashCode@42 (line 1450)
  0x00000000024ebeaa: cmp    $0x1,%edi
  0x00000000024ebead: jge    0x00000000024ebeb3  ;*if_icmpge
                                                ; - java.lang.String::hashCode@30 (line 1450)

JIT'lenen metod ve döngü blokları ile ilgili ekrana dökülen satırlara bir bakalım:

154    1             java.lang.String::hashCode (55 bytes)
    203    2             java.lang.String::indexOf (70 bytes)
    226    3             sun.java2d.loops.GraphicsPrimitive::getUniqueID (5 bytes)
    249    4             java.lang.Object::<init> (1 bytes)
    257    5             java.lang.String::charAt (29 bytes)
    341    6             java.lang.String::equals (81 bytes)
    343    7             java.util.Arrays::binarySearch0 (95 bytes)
    383    8 %           sun.awt.image.PNGImageDecoder::update_crc @ 3 (41 bytes)
    383    9 % !         sun.awt.image.PNGImageDecoder::produceImage @ 960 (1920 bytes)
    391   10             sun.awt.image.PNGImageDecoder::update_crc (41 bytes)
    419    9 % !         sun.awt.image.PNGImageDecoder::produceImage @ -2 (1920 bytes)   made not entrant
    420   11 % !         sun.awt.image.PNGImageDecoder::produceImage @ 960 (1920 bytes)
    420   12     n       java.lang.System::arraycopy (native)   (static)
    421   13             sun.awt.image.PNGImageDecoder::filterRow (459 bytes)
    461   14             java.util.Properties$LineReader::readLine (452 bytes)
    568   15             sun.security.provider.SHA::implCompress (491 bytes)
    575   16             java.lang.String::lastIndexOf (52 bytes)
    581   17             sun.nio.cs.SingleByte$Encoder::encode (114 bytes)
    586   18             sun.nio.cs.SingleByte$Encoder::encode (32 bytes)
    596   19             java.lang.Math::min (11 bytes)
    604   20             java.nio.HeapByteBuffer::_get (7 bytes)
    610   21             java.io.BufferedInputStream::getBufIfOpen (21 bytes)
    610   22  s          java.io.BufferedInputStream::read (49 bytes)
    611   23             java.io.FilterInputStream::read (8 bytes)
    613   24             java.io.DataInputStream::readChar (40 bytes)
    614   25 %           sun.text.normalizer.CharTrie::unserialize @ 29 (74 bytes)
    622   26             sun.text.normalizer.CharTrie::unserialize (74 bytes)
    637   27             java.nio.Buffer::nextGetIndex (31 bytes)
    651   28             java.lang.String::length (6 bytes)
    656   29             java.awt.geom.Path2D$Float::append (216 bytes)
    656   30             java.awt.geom.Path2D$Iterator::isDone (20 bytes)
    657   31             java.awt.geom.Path2D$Float::needRoom (123 bytes)
    661   32             java.awt.geom.Path2D$Float$CopyIterator::currentSegment (39 bytes)
    663   33             java.awt.geom.Path2D$Iterator::next (35 bytes)
    718   34             java.util.HashMap::indexFor (6 bytes)
    724   35             java.nio.Bits::getCharB (16 bytes)
    724   36             java.nio.Bits::makeChar (12 bytes)
    725   37             java.nio.ByteBufferAsCharBufferB::get (16 bytes)
    725   38             java.nio.ByteBufferAsCharBufferB::ix (9 bytes)
    738   39             java.lang.String::indexOf (166 bytes)
    738   40             java.lang.String::replace (127 bytes)
    755   41             java.util.HashMap::hash (55 bytes)
    769   42             java.lang.String::startsWith (72 bytes)
    772   43             java.util.HashMap::getEntry (86 bytes)
    783   44             java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger::get (5 bytes)

Burada birinci sütun JIT'leme zamanını, ikinci sütun ise JIT'leme numarasını ifade eder. Üçüncü sütunda çeşitli semboller yer alır:

• %: Döngü bloğu JIT'lendi. Metod içinde birden fazla döngü varsa hangi döngü olduğunu @ sembolünden sonra yazan rakamı kullanarak belirleyebilirsiniz. Bu rakam döngünün başlangıç byte kod sırasını verir. 
• s: synchronized metod JIT'lendi
• !: Exception bloğu JIT'lendi 
• n: native metod

Dördüncü sütunda ise JIT'lenen metodun paket ile birlikte adı yer alır. Ne yazık ki işlev yüklenen metodları ayırt etmek her zaman kolay olmayabilir. Parantez içinde metodun gövdesinin kaç byte koddan oluştuğu bilgisi bulunur. İşlev yüklenen metodları ayırt etmek için bu değerden yararlanabilirsiniz.
HotSpot'un varsayılan çalışma kipi "mixed"'dir. İki farklı kipi daha bulunur:

• Compiled: Tüm metodlar JIT'lenerek çalıştırılır. Bu kipte çalışmak için HotSpot'u -Xcomp seçeneği ile çalıştırmalısınız:

c:\opt64\java\jdk1.7.0_71\bin>java -Xcomp -version

java version "1.7.0_71"

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, compiled mode)

Uygulama sunucularını üretim ortamında bu kipte çalışan HotSpot üzerinde çalıştırmanız uygun olur. 

• Interpreted: JIT derleyiciler devre dışıdır. Tüm kod yorumlamalı olarak çalıştırılır. Zamanda yolculuk yapmak için bu kipi kullanabilirsiniz: Java ilk çıktığında çok yavaştı, çünkü sadece bu kipte çalışıyordu. Bu yavaşlığı deneyimlemek ve 1996'ya gitmek için -Xinterp seçeneği ile çalıştırmanız yeterli olacaktır:

c:\opt64\java\jdk1.7.0_71\bin>java -Xinterp -version

java version "1.7.0_71"

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, interpreted mode)

JSM Ergonomisi
Java uygulamalarını çalıştırmak çok kolaydır. jar olarak dağıtılan bir uygulamayı komut satırından çalıştırmak için "java -jar" yazmak yeterlidir. Ancak JSM'nin komut satırından verebileceğimiz çok sayıda seçeneği bulunur. HotSpot için bu seçeneklerin listesini almak üzere, java'yı aşağıdaki seçeneklerle birlikte yazıp, çalıştırın:
java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintFlagsFinal -version
Bu komut ekranda yüzlerce satırdan oluşan bir çıktı yaratır:
[Global flags]
    uintx AdaptivePermSizeWeight                    = 20              {product}
    uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor          = 4               {product}
    uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale         = 10              {product}
    uintx AdaptiveSizePausePolicy                   = 0               {product}
    uintx AdaptiveSizePolicyCollectionCostMargin    = 50              {product}
    uintx AdaptiveSizePolicyInitializingSteps       = 20              {product}
    uintx AdaptiveSizePolicyOutputInterval          = 0               {product}
    uintx AdaptiveSizePolicyWeight                  = 10              {product}
    uintx AdaptiveSizeThroughPutPolicy              = 0               {product}
    uintx AdaptiveTimeWeight                        = 25              {product}
     bool AdjustConcurrency                         = false           {product}
     bool AggressiveOpts                            = false           {product}
     intx AliasLevel                                = 3               {C2 produc
     bool AlignVector                               = false           {C2 produc
     intx AllocateInstancePrefetchLines             = 1               {product}
     intx AllocatePrefetchDistance                  = 192             {product}
     intx AllocatePrefetchInstr                     = 0               {product}
     intx AllocatePrefetchLines                     = 4               {product}
     intx AllocatePrefetchStepSize                  = 64              {product}
     intx AllocatePrefetchStyle                     = 1               {product}
     bool AllowJNIEnvProxy                          = false           {product}
     bool AllowNonVirtualCalls                      = false           {product}
     bool AllowParallelDefineClass                  = false           {product}
     bool AllowUserSignalHandlers                   = false           {product}
     bool AlwaysActAsServerClassMachine             = false           {product}
     bool AlwaysCompileLoopMethods                  = false           {product}
     bool AlwaysLockClassLoader                     = false           {product}
     bool AlwaysPreTouch                            = false           {product}
     bool AlwaysRestoreFPU                          = false           {product}
     . . . . . . . . . . . .
64-bitlik Server VM HotSpot için tam olarak 758 seçenek vardır. 32-bitlik Client VM HotSpot için 685 seçenek ve 32-bitlik Server VM HotSpot için ise 756 seçenek bulunuyor. Bu JDK 7u71 için böyle. JDK 8u40 için ise seçenek sayılarında farklılıklar var:
64-bitlik Server VM HotSpot 790 seçenek, 32-bitlik Client VM HotSpot için 709 seçenek ve 32-bitlik Server VM HotSpot için ise 787 seçenek bulunuyor. Bu çıktıda birinci satırda seçeneğin tipi var. bool true/false değer alabilen seçeneği ifade eder. intx tamsayı, uintx pozitif tamsayıyı ve double ise kayan nokta sayıları ifade eder. İkinci sütunda değişkenin adı ve üçüncü sütunda ise varsayılan değeri bulunur. Eğer değişkenin değeri := sembolü ile verilmiş ise bu seçeneğin değeri kullanıcı tarafından ezilmiş demektir:
     intx CICompilerCount                          := 3                                   {product}
Seçeneklerin değerini değiştirmek için komut satırında seçeneğin önüne "-XX:" koyup yeni değerini "=" sembolünden sonra tanımlıyoruz:
-XX:CompileThreshold=2000
Tek bir özel durum var. bool tipindeki seçenekler için true ve false yerine + ve - sembollerini seçenek adından hemen önce kullanıyoruz:
-XX:+AggressiveOpts
ya da 
-XX:+AggressiveOpts

Dördüncü sütunda ise seçeneğin sınıfı yer alır. 
HotSpot seçeneklerini oluşturan kümeye JSM ergonomisi diyoruz. JSM, ergonomisini üzerinde çalıştığı platform kaynaklarının (bellek ve işlemci gibi) kapasitesine göre belirler. Bazı seçeneklerinin değerlerini kaynakların durumuna göre otomatik olarak uyarlayarak saptar. Diğer seçeneklerin ise varsayılan sabit başlangıç değerleri vardır. JSM'nin otomatik olarak belirlediği bu seçenekler, JSM'yi akort etmek için kullanılabilir. JSM'nin nasıl akort edileceği ve HotSpot ile ilgili detay bilgi edinmek isteyenler için Java Performance Tuning and Optimization eğitimini tavsiye ederim.
Aslında HotSpot'un bu listenenenden daha da fazla seçeneği bulunur. Tüm seçeneklerin listesini almak için HotSpot'u aşağıdaki seçeneklerle çalıştırmalısınız:
java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+AggressiveOpts -XX:+PrintFlagsFinal -version
JDK 8u40 için tüm seçenek sayıları:
64-bitlik Server VM HotSpot 834 seçenek, 32-bitlik Client VM HotSpot için 751 seçenek ve 32-bitlik Server VM HotSpot için ise 831 seçenek bulunuyor.