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很多C#的初学者都会有这么一个疑问, .Net程序代码是如何被机器加载执行的?
最简单的解答是, C#会通过编译器(CodeDom, Roslyn)编译成IL代码,
然后CLR(.Net Framework, .Net Core, Mono)会把这些IL代码编译成目标机器的机器代码并执行.
相信大多数的C#的书籍都是这样一笔带过的.
这篇和下篇文章会深入讲解JIT的具体工作流程,
和前面的GC篇一样, 实现中的很多细节都是无标准文档的, 用搜索引擎不会找到它们相关的资料.

因为内容相当多, 讲解JIT的文章将会分为两篇.
第一篇是入门篇, 看过这个系列之前的文章和CLR via C#, 了解一些编译原理的都可以看的明白.
第二篇是详解篇, 会分析JIT的具体实现流程, 算法和数据结构.

这篇的内容是基于CoreCLR 1.1.0分析的, 其他CLR中的实现不一定和这篇分析的实现完全一样.
微软最近提供了一篇JIT入门文档,
尽管里面写的相当潦草但是仍有很大的参考价值, 推荐同时参考这个文档.

JIT的作用介绍

相信很多C#程序员都知道, 我们编写的C#代码在经过编译后得出的exe或dll里面包含的并不是机器代码,
而是一种中间代码, 也称为MSIL(简称IL).
MSIL可以在不同的系统或者平台上执行, CLR中执行它们的模块就是这篇要讲的JIT.

如图所示

CoreCLR中的JIT代号是RyuJIT, RyuJIT可以把MSIL翻译为X86, X64或者ARM的机器代码.

使用JIT的好处有

• 同一个程序集可以在不同平台上运行
• 减少编译时间(编译到MSIL的时间比编译到机器代码的时间要短很多)
• 可以根据目标平台选择最优的代码(例如只在支持AVX指令的CPU使用AVX指令)

使用JIT的坏处有

• 增加运行负担
• 不能执行过多的优化(否则将会增加更多的运行负担)
• 部分平台上无法使用(例如iOS)

为了解决这些坏处而出现的技术有NGEN, AOT, CoreRT等, 但是使用它们以后同时也就失去了使用JIT的好处.

JIT的流程总览

以下的图片来源于微软提供的JIT入门文档:

总体上来说RyuJIT可以分为两个部分.
前端: 也就是图上的第一行, 负责把MSIL转换为JIT中的内部表现(IR)并且执行优化.
后端: 也就是图上的第二行, 负责准备生产机器代码, 分配寄存器等与平台相关的处理.