imported>Gromolyak: /* Описание */

2026-02-05T02:15:36Z

Описание

Новая страница

{{falseredirect|Динамическая компиляция}}
'''JIT-компиляция''' ({{lang-en|just-in-time}}, компиляция «точно в нужное время»), '''динамическая компиляция''' ({{lang-en|dynamic translation}}) — технология увеличения производительности программных систем, использующих [[байт-код]], путём компиляции байт-кода в [[машинный код]] или в другой формат непосредственно во время работы программы. Таким образом достигается высокая скорость выполнения по сравнению с интерпретируемым байт-кодом<ref>[https://books.google.ru/books?id=gwxBt1wHsasC&pg=PA12&dq=byte-code Core Java: An Integrated Approach] {{Wayback|url=https://books.google.ru/books?id=gwxBt1wHsasC&pg=PA12&dq=byte-code|date=20170827212037}}, 2008, ISBN 9788177228366, Dreamtech Press, 2008. p.12</ref> (сравнимая с компилируемыми языками) за счёт увеличения потребления памяти (для хранения результатов компиляции) и затрат времени на компиляцию. Технология JIT базируется на двух более ранних идеях, касающихся среды выполнения: ''[[AOT-компиляция|компиляции байт-кода]]'' и ''динамической компиляции''.

Так как JIT-компиляция является, по сути, одной из форм динамической компиляции, она позволяет применять такие технологии, как [[адаптивная оптимизация]] и [[динамическая рекомпиляция]]. Благодаря этому JIT-компиляция может показывать лучшие результаты в плане производительности, чем статическая компиляция. [[Интерпретатор|Интерпретация]] и JIT-компиляция особенно хорошо подходят для [[Динамический язык программирования|динамических языков программирования]], при этом среда исполнения справляется с [[Область видимости#Лексические vs. динамические области видимости|поздним связыванием типов]] и гарантирует безопасность исполнения.

Проекты [[Low Level Virtual Machine|LLVM]], [[GNU Lightning]]<ref>{{Cite web |url=https://www.gnu.org/software/lightning/ |title=GNU lightning — GNU Project — Free Software Foundation (FSF) |access-date=2017-08-27 |archive-date=2017-09-19 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170919115423/http://www.gnu.org/software/lightning/ |url-status=live }}</ref>, [[libJIT]] (часть проекта [[DotGNU]]) и [[PyPy|RPython]] (часть проекта [[PyPy]]) могут быть использованы для создания JIT-интерпретаторов любого скриптового языка.

== Особенности реализации ==
JIT-компиляция может быть применена как ко всей программе, так и к её отдельным частям. Например, текстовый редактор может на лету компилировать регулярные выражения для более быстрого поиска по тексту. С [[AOT-компиляция|AOT-компиляцией]] такое сделать не представляется возможным для случаев, когда данные предоставляются во время исполнения программы, а не в момент компиляции. JIT используется в реализациях [[Java]] (JRE), [[JavaScript]], [[.NET Framework]], в одной из реализаций Python — [[PyPy]].<ref>Benjamin Peterson — [http://pypy.org/ PyPy] {{Wayback|url=http://pypy.org/ |date=20080512025315 }}</ref> Существующие наиболее распространённые интерпретаторы языков [[PHP]], [[Ruby]], [[Perl]], [[Python]] и им подобных имеют ограниченные или неполные JIT.

Большинство реализаций JIT имеет последовательную структуру: сначала приложение компилируется в байт-код виртуальной машины среды исполнения (AOT-компиляция), а потом JIT компилирует байт-код непосредственно в машинный код. В итоге при запуске приложения тратится лишнее время, что впоследствии компенсируется более быстрой его работой.

== Описание ==
В языках, таких как [[Java]], [[PHP]], [[C Sharp|C#]], [[Lua]], [[Perl]], [[CLISP|GNU CLISP]], исходный код транслируется в одно из [[Промежуточное представление|промежуточных представлений]], называемое [[байт-код]]ом. Байт-код не является машинным кодом какого-либо конкретного процессора и может переноситься на различные компьютерные архитектуры и исполняться точно так же. Байт-код интерпретируется (исполняется) [[Виртуальная машина|''виртуальной машиной'']]. JIT читает байт-код из некоторых секторов (редко сразу из всех) и компилирует их в машинный код. Этим сектором может быть файл, функция или любой фрагмент кода. Единожды скомпилированный код может кэшироваться и в дальнейшем повторно использоваться без перекомпиляции.

Динамически компилируемая среда — это среда, в которой компилятор может вызываться приложением во время выполнения. Например, большинство реализаций [[Common Lisp]] содержит функцию <code>compile</code>, которая может создать функцию во время выполнения; в Python это функция <code>eval</code>. Это удобно для программиста, так как он может контролировать, какие части кода действительно подлежат компиляции. Также с помощью этого приёма можно компилировать динамически сгенерированный код, что в некоторых случаях приводит даже к лучшей производительности, чем реализация в статически скомпилированном коде. Однако стоит помнить, что подобные функции могут быть опасны, особенно когда данные передаются из недоверенных источников.<ref>[http://habrahabr.ru/post/221937/ И снова про опасность eval()] {{Wayback|url=http://habrahabr.ru/post/221937/ |date=20140913211238 }}, habrahabr</ref>

Основная цель использования JIT — достичь и превзойти производительность статической компиляции, сохраняя при этом преимущества динамической компиляции:
* Большинство тяжеловесных операций, таких, как [[парсинг]] исходного кода и выполнение базовых оптимизаций, происходит во время компиляции (до развёртывания), в то время как компиляция в машинный код из байт-кода происходит быстрее, чем из исходного кода.
* Байт-код более переносим (в отличие от машинного кода).
* Среда может контролировать выполнение байт-кода после компиляции, поэтому приложение может быть запущено в [[Песочница (безопасность)|песочнице]] (для нативных программ такая возможность тоже существует, но реализация данной технологии сложнее).
* Компиляторы из байт-кода в машинный код легче в реализации, так как большинство работы по оптимизации уже было проделано компилятором.
JIT, как правило, эффективней, чем интерпретация кода. К тому же в некоторых случаях JIT может показывать большую производительность по сравнению со статической компиляцией за счёт оптимизаций, возможных только во время исполнения:
# Компиляция может осуществляться непосредственно для целевого процессора и операционной системы, на которой запущено приложение. Например, JIT может использовать векторные [[SSE2]] расширения процессора, если он обнаружит их поддержку.
# Среда может собирать статистику о работающей программе и производить оптимизации с учётом этой информации. Некоторые статические компиляторы также могут принимать на вход информацию о предыдущих запусках приложения.
# Среда может делать глобальные оптимизации кода (например, встраивание библиотечных функций в код) без потери преимуществ динамической компиляции и без [[Накладные расходы (программирование)|накладных расходов]], присущих статическим компиляторам и [[компоновщик]]ам.
# Более простое перестраивание кода для лучшего использования [[Кэш процессора|кэша]].

== Задержка при запуске, средства борьбы с ней ==
Типичная причина задержки при запуске JIT-компилятора — расходы на загрузку среды и компиляцию приложения в машинный код. В общем случае, чем лучше и чем больше оптимизаций выполняет JIT, тем больше получается задержка. Поэтому разработчикам JIT приходится искать компромисс между качеством генерируемого кода и временем запуска. Однако, часто оказывается так, что [[Узкое место|узким местом]] в процессе компиляции оказывается не сам процесс компиляции, а задержки системы ввода-вывода (так, например, ''rt.jar'' в [[Java Virtual Machine]] (JVM) имеет размер 40 МБ, и поиск метаданных в нём занимает достаточно большое количество времени).

Ещё одно средство оптимизации — компилировать только те участки приложения, которые используются чаще всего. Этот подход реализован в [[PyPy]] и [[HotSpot]] Java Virtual Machine компании [[Sun Microsystems]].

В качестве эвристики может использоваться счётчик запусков участков приложения, размер байт-кода или детектор циклов.

Порой достаточно сложно найти правильный компромисс. Так, например, Sun’s Java Virtual Machine имеет два режима работы — клиент и сервер. В режиме клиента количество компиляций и оптимизаций минимально для более быстрого запуска, в то время как в режиме сервера достигается максимальная производительность, но из-за этого увеличивается время запуска.

Ещё одна техника, называемая pre-JIT, компилирует код до запуска. Преимуществом данной техники является уменьшенное время запуска, в то же время недостатком является плохое качество скомпилированного кода по сравнению с runtime JIT.

== История ==
Самую первую реализацию JIT можно отнести к LISP, написанную McCarthy в [[1960 год]]у<ref>Aycock 2003, 2. JIT Compilation Techniques, 2.1 Genesis, p. 98.</ref>. В его книге ''Recursive functions of symbolic expressions and their computation by machine, Part I'' он упоминает функции, компилируемые во время выполнения, тем самым избавив от надобности вывода работы компилятора на [[перфокарты]].

Другой ранний пример упоминания JIT можно отнести к [[Кен Томпсон|Кену Томпсону]], который в [[1968 год]]у впервые применил [[регулярные выражения]] для [[Сопоставление с образцом|поиска подстрок]] в текстовом редакторе [[QED (текстовый редактор)|QED]]. Для ускорения алгоритма Томпсон реализовал компиляцию регулярных выражений в машинный код [[IBM 704|IBM 7094]].

Метод получения скомпилированного кода был предложен Митчелом в [[1970 год]]у, когда он реализовал экспериментальный язык ''LC<sup>2</sup>''.<ref>Aycock 2003, 2. JIT Compilation Techniques, 2.2 LC², p. 98-99.</ref><ref>Mitchell, J.G. (1970). ''The design and construction of flexible and efficient interactive programming systems''.</ref>

[[Smalltalk]] (1983) был пионером в области JIT-технологий. Трансляция в машинный код выполнялась по требованию и кэшировалась для дальнейшего использования. Когда память кончалась, система могла удалить некоторую часть кэшированного кода из оперативной памяти и восстановить его, когда он снова потребуется. Язык программирования [[Self]] некоторое время был самой быстрой реализацией Smalltalk и работал всего лишь в два раза медленней [[Си (язык программирования)|C]], будучи полностью объектно-ориентированным.

Self был заброшен Sun, но исследования продолжились в рамках языка Java. Термин «Just-in-time компиляция» был заимствован из производственного термина «Точно в срок» и популяризован [[Гослинг, Джеймс|Джеймсом Гослингом]], использовавшим этот термин в 1993.<ref>Aycock & 2003 2.14 Java, p. 107, footnote 13.</ref> В данный момент JIT используется почти во всех реализациях Java Virtual Machine.

Также большой интерес представляет диссертация, защищённая в 1994 году в Университете ETH (Швейцария, Цюрих) Михаэлем Францем «Динамическая кодогенерация — ключ к переносимому программному обеспечению»<ref>[http://oberoncore.ru/wiki/%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%86_%D0%BC%D0%B8%D1%85%D0%B0%D1%8D%D0%BB%D1%8C Михаэль Франц — OberonCore] {{Wayback|url=http://oberoncore.ru/wiki/%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%86_%D0%BC%D0%B8%D1%85%D0%B0%D1%8D%D0%BB%D1%8C |date=20170926122739 }}; [http://www.michaelfranz.com/ dissertation, entitled "Code Generation On-The-Fly: A Key To Portable Software," ] {{Wayback|url=http://www.michaelfranz.com/ |date=20170907041738 }}</ref> и реализованная им система Juice<ref>{{Cite web |url=http://oberoncore.ru/wiki/juice |title=Juice — OberonCore |access-date=2009-11-07 |archive-date=2009-12-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20091223074248/http://oberoncore.ru/wiki/juice |url-status=live }}</ref> динамической кодогенерации из переносимого семантического дерева для языка [[Оберон (язык программирования)|Оберон]]. Система Juice предлагалась как плагин для интернет-браузеров.

== Безопасность ==
Так как JIT составляет исполняемый код из данных, возникает вопрос безопасности и возможных уязвимостей.

JIT-компиляция включает в себя компиляцию исходного кода или байт-кода в машинный код и его выполнение. Как правило, результат записывается в память и исполняется сразу же, без промежуточного сохранения на диск или его вызов как отдельной программы. В современных архитектурах для повышения безопасности произвольные участки памяти [[:en:Executable space protection|не могут быть исполнены]] как машинный код ([[NX bit]]). Для корректного запуска регионы памяти должны быть предварительно помечены как исполняемые, при этом для большей безопасности флаг исполнения может ставиться только после снятия флага разрешения записи (Схема защиты W^X)<ref>[https://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=W-XOR-E-Firefox Write XOR Execute JIT Support Lands For Mozilla Firefox] {{Wayback|url=https://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=W-XOR-E-Firefox |date=20170802125757 }} / Phoronix, 4 January 2016 {{ref|en}}</ref>.

== См. также ==
* [[AOT]]
* [[Двоичная трансляция]]
* [[HotSpot]]
* [[Common Language Runtime]]
* [[Crusoe]]
* [[GNU Lightning]]
* [[LLVM]]
* [[Самомодифицирующийся код]]
* [[Tracing just-in-time compilation]]

== Примечания ==
{{примечания}}

{{Выполнение программы}}
[[Категория:Технологии компиляторов]]

JIT-компиляция - История изменений

imported>Gromolyak: /* Описание */