· مفاهیم برنامه‌نویسی - ۳۱ دقیقه
مقایسه کامپایلر AOT در مقابل JIT: درک تفاوت‌ها و انتخاب آگاهانه
در دنیای برنامه‌نویسی، انتخاب بین کامپایلرهای پیش از اجرا یا Ahead-Of-Time (AOT) و در زمان اجرا یا Just-In-Time (JIT) می‌تواند بسیار مهم باشد. می‌خواهیم به تفاوت‌های کلیدی این دو کامپایلر پرداخته و مزایا و معایب و عملکرد هر کدام را بررسی کنیم تا بتوانید برای پروژه برنامه‌نویسی خود تصمیمی آگاهانه بگیرید.
مقدمه
مقدمهزبانهای برنامه‌نویسی به عنوان ستون فقرات توسعه نرم‌افزار و برنامه‌های کاربردی عمل می‌کنند و به توسعه‌دهندگان امکان ایجاد کدهای کارآمد و عملی را می‌دهند. با این حال، قبل از اینکه کد توسط یک کامپیوتر اجرا شود، می‌بایستی به فرمتی تبدیل شود که ماشین بتواند آن را درک کند. این فرآیند تبدیل توسط کامپایلرها انجام می شود. کامپایلرها نقش مهمی در ترجمه کد قابل خواندن توسط انسان به دستورات قابل درک برای ماشین دارند. آنها کد را بهینه و برنامه‌های قابل اجرا را تولید می‌کنند. اینجا می‌خواهیم مزایا و معایب دو نوع معروف کامپایلر، یعنی کامپایلرهای پیش از اجرا (AOT) و کامپایلرهای در زمان اجرا (JIT) را بررسی کنیم.
کامپایل Just in time (JIT) چیست؟
کامپایل Just in time (JIT) چیست؟کامپایل Just-In-Time (JIT) یا در زمان اجرا ، تکنیکی است که توسط بسیاری از زبان‌ها و پلتفرم‌های مدرن برنامه‌نویسی برای بهبود عملکرد برنامه در زمان اجرا استفاده می‌شود. در این تکنیک، به‌جای اینکه قبل از اجرای برنامه، تمام سورس کد را به زبان ماشین تبدیل کند، در زمان اجرا و به صورت پویا و در لحظه، کدها را پایش و تبدیل می‌کند. این اجرای در لحظه اجازه می‌دهد تا بهینه‌سازی‌ها بر اساس رفتار برنامه در زمان اجرا و محیط واقعی اعمال شوند. کامپایلر JIT می‌تواند پویاترین کد را تولید کند و امکان اشکالزدایی پیشرفته را فراهم می‌کند. این تکنیک به خصوص در زبان‌های مفسری مانند جاوا اسکریپت بسیار مفید است.
کامپایل Ahead of time (AOT) چیست؟
کامپایل Ahead of time (AOT) چیست؟کامپایل Ahead-Of-Time (AOT) یا پیش از اجرا، فرآیندی است که قبل از اجرای برنامه، کدهای زبان برنامه‌نویسی (به‌صورت کامل یا بخشی از آن) به کد زبان ماشین تبدیل می‌شوند. این فرآیند که معمولا در زمان ساخت (بیلد) برنامه رخ می‌دهد، باعث آماده شدن کد زبان ماشین قبل از اجرا شده تا نیاز به تبدیل در زمان اجرا وجود نداشته باشد. استفاده از کامپایل AOT معمولا باعث بهبود عملکرد برنامه و کاهش زمان بارگزاری آن می‌شود و این امکان را نیز می‌دهد که برنامه از زیرساخت سخت‌افزاری نهایت استفاده را ببرد. این رویکرد به خصوص برای برنامه‌هایی که نیاز به اجرای سریع دارند، مفید هست.
فرآیند کامپایل
فرآیند کامپایلدر اینجا بررسی می‌کنیم که نحوه کامپایل شدن هر کدام از این دو تکنیک چگونه است.
نحوه کار کامپایل JIT
نحوه کار کامپایل JITکامپایل JIT در حین اجرای برنامه اتفاق می افتد. این فرآیند شامل چندین مرحله است:
تجزیه و تحلیل
تجزیه و تحلیلجهت ایجاد یک نمایش میانی، قطعه کدی که می‌خواهد اجرا شود (به جای سورس کد کامل) از لحاظ دستور و ساختار مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
تولید نمایش میانی (IR)
تولید نمایش میانی (IR)کد تجزیه شده به یک نمایش میانی (IR) از کد (مانند بایت‌کد یا IL) تبدیل می شود که کار با آن در طول فرآیند کامپایل آسان تر است. IR یک نمایش مستقل از پلتفرم از سورس کد است که رفتار برنامه را نشان می دهد و می تواند بیشتر بهینه شود.
بهینه‌سازی
بهینهسازیبعد از تحلیل، کامپایلر JIT جهت بهبود عملکرد کد، تکنیک‌های مختلف بهینه‌سازی را انجام می‌دهد. این بهینه‌سازی ها ممکن است شامل حذف عملیات اضافی، ساده سازی عبارات، ترکیب توابع و شناسایی فرصت‌هایی برای اجرای موازی می‌باشد.
جمع‌آوری پویای اطلاعات
جمع‌آوری پویای اطلاعاتجهت تولید کارآمدترین کد ماشین، JIT وابسته به پروفایل‌سازی (جمع‌آوری) پویای اطلاعات است. این عملیات شامل نظارت بر اجرای برنامه در زمان اجرا و جمع‌آوری اطلاعات درباره تکرار و رفتار مسیرهای مختلف کد است. داده‌های پروفایل‌سازی کمک می‌کنند تا کامپایلر JIT تصمیم بهتری بگیرد که کدام بهینه‌سازی‌ها را اعمال کند.
تولید کد
تولید کدبر اساس اطلاعات جمع‌آوری شده در هنگام پروفایل‌سازی، کامپایلر JIT کد ماشین خاصی برای معماری سخت‌افزاری تولید می‌کند. این کد ماشین برای سرعت اجرا بهینه‌سازی شده است و می‌تواند از ویژگی‌های خاص پردازنده مانند وکتورایزاسیون (Vectorization) یا پیش‌بینی‌کننده پرش (Branch prediction) استفاده کند.
ذخیره موقت کد
ذخیره موقت کدکد زبان ماشین تولید شده جهت استفاده مجدد موقتا ذخیره (کش) می‌شود که باعث بهبود سرعت اجرا می‌شود، چرا که نیازی نیست دوباره چرخه تولید کد ماشین از سورس کد اتفاق بیفتد.
جایگزینی کد
جایگزینی کددر برخی موارد، کامپایلر JIT ممکن است تصمیم بگیرد کدی که قبلا کامپایل شده است را با یک نسخه جدید جایگزین کند. این اتفاق ممکن است زمانی رخ دهد که داده‌های پروفایل‌سازی جدید نشان می‌دهد که استراتژی بهینه‌تری وجود دارد. جایگزینی کد به کامپایلر JIT این امکان را می‌دهد تا با شرایط متغیر محیط اجرا سازگار شود و به صورت پویا عملکرد را بهبود دهد.
اجرا
اجراپس از تولید کد ماشین، این کد جایگزین نمایش میانی می‌شود و برنامه با اجرای کد زبان ماشین که بهینه‌تر هست، ادامه می‌یابد.
نحوه کار کامپایل AOT
نحوه کار کامپایل AOTروند کار AOT شامل چندین مرحله است تا کد سطح بالا را به کد ماشین تبدیل کند که می‌تواند به صورت مستقیم توسط سخت‌افزار پلتفرم مقصد اجرا شود. در ادامه، به صورت کلی روند کامپایل AOT را مرور می‌کنیم:
تجزیه و تحلیل استاتیک
تجزیه و تحلیل استاتیکسورس کد که به طور معمول به زبان سطح بالا مانند C ، C++ یا GO نوشته شده است، تحت تجزیه و تحلیل استاتیک قرار می‌گیرد که خطاهای نحوی، بررسی نوع متغیر و سایر وظایف تجزیه و تحلیل کد استاتیک بررسی شوند. این مرحله اطمینان حاصل می‌کند که کد ساختار صحیحی دارد و با قوانین خاص زبان مطابقت دارد.
تولید نمایش میانی
تولید نمایش میانیپس از تجزیه و تحلیل، سورس کد ابتدا به یک نمایش میانی (IR) تبدیل می شود که عملیات بهینه‌سازی را آسان‌تر می‌کند.
بهینه سازی
بهینه سازیسپس نمایش میانی تولید شده، توسط کامپایلر در مرحله‌ی بهینه‌سازی قرار می‌گیرد تا عملکرد آن بهبود یابد، استفاده از حافظه را کاهش دهد و عملیات تکراری را حذف کند. البته این بهینه‌سازی‌های خاص می‌تواند بر اساس کامپایلر و پلتفرم مقصد متفاوت باشد.
تولید کد ماشین
تولید کد ماشینپس از بهینه‌سازی، کامپایلر AOT کد زبان ماشین مخصوص به معماری سخت‌افزار پلتفرم هدف را تولید می‌کند. این عملیات شامل ترجمه IR به دستورات سطح پایین است که می‌توانند به‌طور مستقیم توسط پردازنده اجرا شوند.
اتصال وابستگی‌های وابسته به پلتفرم
اتصال وابستگی‌های وابسته به پلتفرمدر صورت لزوم، کد کامپایل شده AOT به کتابخانه‌ها و وابستگی‌های وابسته به پلتفرم اتصال می‌یابد. این مرحله اطمینان حاصل می‌کند که کد قادر به تعامل با زیرساخت سیستم است و منابع آن را به طور موثر استفاده می‌کند.
خروجی باینری
خروجی باینریخروجی نهایی فرآیند کامپایل AOT یک فایل اجرایی باینری است. این باینری شامل کد ماشین مخصوص برای پلتفرم مقصد است که برای اجرای مستقیم در دستگاه آماده است.
نصب و راه‌اندازی
نصب و راهاندازیحالا فایل باینری کامپایل شده می‌تواند بر روی پلتفرم مقصد نصب و راه‌اندازی شود، خواه این پلتفرم یک دستگاه تلفن همراه، سرور، سیستم تعبیه شده یا محیطی دیگر باشد. فرآیند نصب ممکن است شامل بسته‌بندی باینری با سایر فایل‌ها و منابع لازم باشد.
اجرا
اجراهنگامی که برنامه بر روی پلتفرم مقصد راه‌اندازی می‌شود، فایل باینری کامپایل شده AOT به طور مستقیم توسط پردازنده پلتفرم اجرا می‌شود که این اجرای مستقیم باعث می‌شود زمان راه‌اندازی سریع‌تر و عملکرد بهتری نسبت به کامپایل JIT (Just-in-Time) داشته باشد.
عملکرد و کارایی
عملکرد و کاراییانتخاب کامپایلر می تواند به طور قابل توجهی بر روند توسعه و اشکال زدایی تاثیر بگذارد. پس بیایید عملکرد و کارایی کامپایلرهای AOT و JIT را بررسی کنیم.
عملکرد JIT
عملکرد JITعملکرد کامپایلر Just-in-Time (JIT) بسته به عوامل مختلفی از جمله زبان، پیاده‌سازی کامپایلر JIT، بهینه‌سازی‌های خاص اعمال شده و ویژگی‌های کد در حال کامپایل، می‌تواند متفاوت باشد. به بررسی چند نکته کلیدی در مورد عملکرد کامپایل JIT می‌پردازیم.
دوره گرم شدن
دوره گرم شدنکامپایلرهای JIT به طور معمول دارای یک دوره گرم شدن هستند که در طی آن اطلاعات پروفایل‌سازی جمع‌آوری و کد بهینه‌سازی می‌شود. در ابتدا، کد می‌تواند به صورت مفسری یا با بهینه‌سازی کمتر اجرا شود که ممکن است به کاهش عملکرد نسبت به کد بهینه شده‌ی کامل، منجر شود. در حین اجرا با جمع‌آوری اطلاعات و پروفایل‌سازی بیشتر و اعمال بهینه‌سازی‌ها، عملکرد بهبود می‌یابد.
بهینه‌سازی پویا
بهینه‌سازی پویاکامپایل JIT، بر اساس پروفایل‌سازی در زمان اجرا، امکان بهینه‌سازی پویا را فراهم می‌کند. JIT با جمع‌آوری اطلاعات درباره رفتار کد در طول اجرا، می‌تواند تصمیمات آگاهانه ای درباره‌ی بهینه‌سازی‌هایی که باید اعمال شوند، بگیرد. این انعطاف‌پذیری و رفتار پویا، بهینه‌سازی دقیق کد بر اساس شرایط خاص در حین اجرا را فراهم می‌کند که منجر به بهبود عملکرد بسیار بهینه می‌شود.
بهینه‌سازی هات‌اسپات
بهینه‌سازی هاتاسپاتکامپایلرهای JIT معمولا تلاش می‌کنند تا تمرکز بهینه‌سازی خود را بر روی «هات‌اسپات» یعنی بخش‌هایی از کد که مکررا اجرا می‌شوند، قرار دهند. با شناسایی و بهینه‌سازی این هات‌اسپات‌ها، کامپایلر JIT می‌تواند بهبود عملکرد را در بخش‌های حیاتی برنامه ارائه دهد.
قابلیت مولتی‌پلتفرم
قابلیت مولتیپلتفرمکامپایل JIT به دستیابی به سازگاری با بسترهای مختلف کمک می‌کند.JIT از نمایش میانی (IR) برای مستقل‌سازی جزئیات وابسته به پلتفرم استفاده می‌کند، و به صورت پویا در زمان اجرا، کد زبان ماشین بهینه‌سازی شده را بر اساس معماری سخت‌افزاری و سیستم‌عامل زیربنایی تولید می کند، و با محیط‌های اجرای قابل حمل یا ماشین‌های مجازی (VM) که جزئیات پلتفرم را کنترل می‌کنند، یکپارچه می‌شود، و در صورت وجود از بهینه‌سازی‌های وابسته به پلتفرم استفاده می‌کند و می‌تواند از تکنیک‌های کامپایل متقابل برای تولید کد برای پلتفرم‌های مختلف استفاده کند. این ویژگی‌ها، کامپایلرهای JIT را قادر می‌سازند تا با معماری‌های سخت‌افزاری و سیستم‌عامل‌های مختلف سازگار شوند و آنها را همه‌کاره و قادر به اجرای کارآمد بر روی پلتفرم‌های مختلف می‌کنند و به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند تا کدی بدون وابستگی به پلتفرم بنویسند و تجربه‌ی یکسانی را در چندین پلتفرم فراهم کنند.
ویژگی‌های زبان پویا
ویژگی‌های زبان پویاکامپایل JIT از ویژگی‌های زبان پویا و انعطاف‌پذیر پشتیبانی می‌کند و این امکان را فراهم می‌کند که بارگزاری پویا، بایندینگ دیرهنگام (late binding) و تولید کد در زمان اجرا انجام شود، که برای برخی از ویژگی‌های زبان مانند نوع‌دهی پویا (dynamic typing)، رفلکشن و metaprogramming ضروری هستند. کامپایل JIT پشتیبانی از بررسی و تغییر کد در زمان اجرا را ارائه می‌دهد که در زبان‌های برنامه‌نویسی، انعطاف‌پذیری و قدرت بیشتری را فراهم می‌کند.
اشکالزدایی پیشرفته
اشکالزدایی پیشرفتهکامپایلر JIT قابلیت‌های اشکالزدایی پیشرفته‌تری نسبت به کامپایلر AOT ارائه می‌دهد. از آنجایی که کامپایلرهای JIT به نمایش میانی کد دسترسی دارند و در زمان اجرا پروفایل‌سازی انجام می‌دهند، اطلاعات دقیقی در مورد اجرا، مانند نمودارهای فراخوانی تابع، الگوهای دسترسی به حافظه در اختیار دارند که موجب می‌شود بتوانند اطلاعات اشکالزدایی دقیق‌تری مانند شماره خطوط و نام متغیرها را در زمان اجرا ارائه دهند که باعث می‌شود توسعه‌دهندگان بتوانند به راحتی مشکلات را در کد پیدا کرده و ردیابی کنند. علاوه بر این، کامپایلرهای JIT معمولا ویژگی‌های اشکالزدایی فوری را فراهم می‌کنند، مانند امکان اتصال یک دیباگر به یک فرآیند در حال اجرا، بررسی متغیرها و تغییر رفتار کد در زمان اجرا، که برای رفع خطاها و شناسایی باگ‌ها به صورت real-time مفید است.
به اشتراک‌گذاری و قابلیت استفاده مجدد
به اشتراک‌گذاری و قابلیت استفاده مجددکامپایل JIT امکان به اشتراک‌گذاری و قابلیت استفاده مجدد کد را فراهم می‌کند. با کامپایل پویای کد، کامپایلر JIT می‌تواند نمونه‌های کد کامپایل شده و قابل استفاده مجدد تولید کند. این نمونه‌ها می‌توانند در چندین فراخوانی از همان کد، به اشتراک گذاشته شوند که افزونگی را کاهش می‌دهد و عملکرد را بهبود می‌بخشد. کامپایل JIT همچنین امکان تولید یا تغییر کد در زمان اجرا را فراهم می‌کند که استفاده از کتابخانه‌ها و چارچوب‌های تولید کد پویا را فعال می‌کند.
پشتیبانی از اسکریپت
پشتیبانی از اسکریپتکامپایلرهای JIT به دلیل توانایی در اجرای کد، بدون کامپایل کامل سورس کد و امکان پیاده‌سازی ویژگی‌های زبان پویا به طور گسترده در زبان‌های اسکریپتی استفاده می‌شوند. زبان‌های اسکریپتی اغلب توسعه سریع و سهولت استفاده را در اولویت قرار می‌دهند و کامپایل JIT امکان تکرار سریع و اجرای فوری تغییرات کد را فراهم می‌کند. با کامپایل JIT، توسعه‌دهندگان می‌توانند اسکریپت‌ها را به شیوه‌ای پویا و تعاملی بنویسند و اجرا کنند، که آن را برای سناریوهایی مانند تعیین رفتار بازی، توسعه وب یا وظایف خودکارسازی مناسب می‌سازد.
بطور کلی، کامپایل JIT مزایای بهینه‌سازی پویا، بهبود عملکرد، کاهش زمان راه‌اندازی، سازگاری با پلتفرم‌های مختلف، انعطاف زبان، قابلیت‌های پیشرفته اشکالزدایی و پروفایل‌سازی، و قابلیت به اشتراک گذاری/قابل استفاده مجدد کد را ارائه می‌دهد. این مزایا باعث می‌شوند که کامپایل JIT در بسیاری از محیط‌های اجرا و پیاده‌سازی‌های زبان برنامه‌نویسی رویکردی ارزشمند باشد.
عملکرد AOT
عملکرد AOTعملکرد کامپایل قبل از اجرا (AOT) به ویژه در مقایسه با کامپایل در زمان اجرا (JIT) معمولا بسیار خوب است. در ادامه عواملی که به عملکرد کامپایل AOT کمک می‌کنند، آورده شده است.
کاهش زمان راه‌اندازی
کاهش زمان راهاندازیکدهای کامپایل شده به صورت AOT معمولا زمان راه‌اندازی سریعتری نسبت به کدهای کامپایل شده JIT دارند. زیرا کد قبل از اجرای برنامه به کد زبان ماشین کامپایل می‌شود و نیاز به یک دوره زمانی برای گرم شدن یا هزینه کامپایل در زمان اجرا را ندارد. برنامه می‌تواند فورا با کد بهینه شده زبان ماشین شروع به اجرا کند که باعث افزایش سرعت راه‌اندازی می‌شود.
عملکرد قابل پیش‌بینی
عملکرد قابل پیشبینیکامپایل AOT عملکرد قابل پیش‌بینی و پایداری را فراهم می‌کند. از آنجا که کد پیش از اجرا کامپایل می‌شود، هیچ توقف یا کاهش سرعت غیرمنتظره‌ای ناشی از کامپایل پویا وجود ندارد. کد کامپایل شده AOT از ابتدا با عملکرد بهینه اجرا می‌شود، بدون نیاز به پروفایل‌سازی زمان اجرا یا بهینه‌سازی‌های تطبیقی. این قابلیت پیش‌بینی برای سیستم‌ها و برنامه‌های real-time یا برنامه‌هایی با نیازهای عملکرد سخت، استفاده‌ی مفیدی است.
کد بهینه‌سازی شده
کد بهینه‌سازی شدهکامپایل AOT بهینه‌سازی جامعی را در طول فرآیند کامپایل فراهم می‌کند چرا که کامپایلر، زمان و منابع بیشتری را برای تجزیه و تحلیل جامع و گسترده و اعمال بهینه‌سازی‌های پیچیده دارد. کامپایلرهای AOT می‌توانند از تکنیک‌هایی مانند تحلیل استاتیک پیشرفته، بهینه‌سازی میان‌رویی و بهینه‌سازی کل برنامه برای تولید کد ماشینی بسیار کارآمد استفاده کنند. همه این‌ها در نهایت منجر به عملکرد بهتری نسبت به بهینه‌سازی‌های محدود در کامپایل JIT می‌شود.
کاهش استفاده از مموری
کاهش استفاده از مموریکامپایل AOT می‌تواند استفاده از مموری را نسبت به کامپایل JIT کاهش دهد. کامپایلرهای JIT اغلب نیاز به نگهداری همزمان نمایش میانی و کد کامپایل شده به زبان ماشین دارند که منجر به افزایش استفاده از حافظه می‌شود. کد کامپایل شده AOT نیازی به کامپایل زمان اجرا ندارد و با داشتن فقط کد کامپایل شده به زبان ماشین در حافظه، اندازه استفاده از مموری را کاهش می‌دهد.
امنیت و حفاظت از مالکیت فکری
امنیت و حفاظت از مالکیت فکریکامپایل AOT می‌تواند امنیت را بهبود بخشد و از مالکیت فکری حفاظت کند. از آنجا که سورس کد به کد زبان ماشین کامپایل می‌شود، مهندسی معکوس یا دستکاری آن در مقایسه با کد تفسیر شده یا مبتنی بر نمایش میانی دشوارتر است. کامپایل AOT می‌تواند یک لایه‌ی حفاظتی اضافی در برابر دسترسی غیرمجاز، اصلاح و تغییر کد یا سرقت مالکیت فکری فراهم کند.
استقلال از پلتفرم
استقلال از پلتفرمکامپایل AOT امکان استقلال از پلتفرم را فراهم می‌کند. کد کامپایل شده به طور خاص برای معماری سخت‌افزاری هدف تولید می‌شود و اجرای همان سورس کد، بر روی پلتفرم‌های مختلف، بدون نیاز به کامپایل JIT یا تطبیقات خاص پلتفرم ممکن می‌شود. کد کامپایل شده AOT می‌تواند قابلیت حمل‌ونقل و همگرایی در چندین پلتفرم را ارائه دهد و برای سناریوهای ترکیبی مناسب باشد.
حجم کمتر
حجم کمترکامپایل پیش از اجرا (AOT) به طور کلی منجر به حجم خروجی کوچکتری نسبت به کامپایل در زمان اجرا (JIT) می‌شود. این امر به دلیل حذف کامپایلر JIT و زیرساخت اجرایی مرتبط، امکان انجام بهینه‌سازی جامع در طول فرآیند کامپایل، استفاده از تکنیک‌های tree shaking و حذف کدهای مرده، و قابلیت بهینه‌سازی، در زمان ساخت است.
بهره‌وری از منابع
بهره‌وری از منابعکامپایل AOT می‌تواند کارایی منابع را بهبود بخشد. با انجام بهینه‌سازی های جامع در طول فرآیند کامپایل، کامپایلرهای AOT می‌توانند کدی را تولید کنند که مصرف انرژی را به حداقل می‌رساند، استفاده از پردازنده را کاهش می‌دهد و الگوهای دسترسی به حافظه را بهینه می‌کند. این به ویژه برای محیط‌هایی با منابع محدود، مانند دستگاه های تلفن‌همراه یا سیستم‌های تعبیه‌شده مفید است.
مقایسه سرعت اجرای AOT با JIT
مقایسه سرعت اجرای AOT با JITهمانطور که ذکر شد، کد کامپایل شده AOT در زمان راه‌اندازی اپلیکیشن سریع‌تر است. زیرا تمام سورس کد از قبل به کد زبان ماشین کامپایل شده است و بدون تاخیر، قابل اجرا است. در اینجا چند مورد که در سرعت اجرا تاثیرگذار است را بررسی و مقایسه می‌کنیم.
کد JIT در زمان راه‌اندازی کندتر است زیرا معمولا نیاز به یک دوره گرم کردن دارد که در آن کد به صورت مفسری یا به صورت کمتر بهینه شده اجرا می‌شود. همچنین، هر زمان که یک تغییر جدید در کد بوجود می‌آید که برای اولین بار اجرا می‌شود، برنامه باید متوقف شود تا کامپایلر JIT آن را کامپایل کند و این باعث می‌شود که تاخیر اولیه‌ای رخ دهد.
با این حال، پس از آنکه کامپایلر JIT کدهایی را که به طور مکرر اجرا می‌شوند کامپایل کرد و هات‌اسپات‌ها را ساخت، بهینه‌سازی‌های گسترده‌ای را روی آنها اعمال می‌کند و این امکان را می‌دهد که در طولانی مدت عملکرد JIT به سطح AOT نزدیک شود.کامپایلر AOT زمان و شرایط بیشتری برای بهینه‌سازی کامل برنامه در زمان ساخت در اختیار دارد که امکان انتخاب دستورالعمل‌های بهتر و همچنین بهینه‌سازی‌های پیشرفته مانند inlining را فراهم می‌کند که برای JIT دشوار است. در مقابل بهینه‌سازی‌های JIT که به مناطق محدودی از کد در بدنه متدها محدود است و بازه زمانی محدودی دارد، AOT می‌تواند به صورت گلوبال‌تر بهینه‌سازی کند. همچنین این بهینه‌سازی ها برای AOT قبل از اجرا و برای JIT در حین اجرا و به‌صورت پویا اتفاق می‌افتد.
عملکرد AOT برای کدی که کمتر اجرا می‌شود، به طور قابل ملاحظه‌ای سریع‌تر است. هرچند که عملکرد JIT ممکن است در نهایت برای برنامه‌های طولانی‌مدت به AOT نزدیک‌تر شود، اما عموما AOT همچنان برنده است.
در کامپایل AOT، عملکرد قابل پیش‌بینی و پایداری بیشتری وجود دارد، زیرا کد قبل از زمان اجرا کامپایل شده است و هیچ تغییری در زمان اجرا رخ نمی‌دهد. درحالی که کامپایل JIT می تواند تصمیمات بلادرنگ را بر اساس پروفایل زمان اجرا بگیرد و به برنامه اجازه دهد تا با شرایط متغیر سازگار شود و در سناریوهایی که غیرقابل پیش‌بینی و پیچیده هست کارآمد‌تر عمل کند.
کامپایلرهای JIT با بهینه‌سازی برای سرعت کامپایل به جای سرعت اجرا، کد را به سرعت تولید می‌کنند. کامپایلرهای AOT مخصوصا برای عملکرد زمان اجرا بهینه‌سازی می‌شوند.
کد کامپایل شده AOT هزینه کامپایلر JIT یا تفسیر کننده حین زمان اجرا را ندارد که می‌تواند سرعت اجرا را بهبود بخشد. در AOT تنها کد زبان ماشین کامپایل شده مورد نیاز است، در صورتی که در JIT علاوه بر کد کامپایل شده، نیاز به نگهداری سورس کد یا نمایش میانی نیز وجود دارد.
به طور خلاصه، کامپایل AOT در زمان راه‌اندازی و برای کد کوتاه‌مدت سریع‌تر است، در حالی که عملکرد JIT در طول زمان بهبود می‌یابد اما همچنان در بیشتر موارد به اوج عملکرد AOT را نمی‌رسد.
موارد استفاده
موارد استفادهانتخاب نوع کامپایلر مناسب در نهایت بستگی به درک نیازهای خاص یک برنامه دارد. عواملی مانند نیازهای عملکرد ، ماهیت پایگاه کد، ویژگی‌های رفتاری مورد انتظار و محدودیت‌های پلتفرم باید در نظر گرفته شود. برای تصمیم‌گیری آگاهانه بین کامپایلرهای AOT و JIT، در نظر گرفتن موارد استفاده آنها بسیار مهم است.
چه زمانی از JIT استفاده کنیم؟
چه زمانی از JIT استفاده کنیم؟کامپایلرهای JIT در مواقعی که قابلیت‌های سازگاری و انعطاف به محیط زمان اجرا (مولتی‌پلتفرم)، بهینه‌سازی‌های پویا و اشکالزدایی پیشرفته ضروری است، برجسته می‌شوند. برنامه‌هایی که به ویژگی‌های زبان پویا، رفلکشن و یا پلی‌مورفیسم سنگین در زمان اجرا متکی هستند، می‌توانند از کامپایل JIT بهره‌مند شوند.
برای مثال، در فریم‌ورک‌های برنامه‌نویسی وب مانند Ruby on Rails یا Django که انعطاف‌پذیری و ایجاد نمونه‌سازی سریع از اهمیت بالایی برخوردارند، قابلیت‌های بهینه‌سازی در زمان اجرا توسط کامپایلرهای JIT می‌توانند عملکرد کلی را بهبود بخشند.
چه زمانی از AOT استفاده کنیم؟
چه زمانی از AOT استفاده کنیم؟کامپایلرهای AOT معمولا در سناریوهایی با محدودیت منابع سخت و الزامات real-time ترجیح داده می‌شوند. این کامپایلرها معمولا در سیستم‌های تعبیه‌شده ، ابزارهای خط فرمان یا برنامه‌هایی که راه‌اندازی سریع، امنیت، حجم کمتر، استفاده بهینه منابع، عملکرد قابل پیش‌بینی و اوج عملکرد در آنها اولویت دارند، استفاده می‌شوند.
به عنوان مثال، در حوزه دستگاه‌های IoT که اجرای با تاخیر کم و حافظه کارآمد ضروری است، کامپایل AOT می‌تواند با منابع سخت‌افزاری محدود، عملکردی بهینه را به‌دست آورد.
مشکلات و محدودیت‌ها
مشکلات و محدودیتهادر حالی که هر دو رویکرد کامپایلر، مزایای خاص خود را دارند، اما همچنین با محدودیت‌های خاصی نیز همراه هستند. در این بخش، محدودیت‌ها و معایب کامپایلرهای JIT و AOT را بررسی خواهیم کرد تا با درک آنها بتوانید تصمیم آگاهانه‌تری بگیرید.
محدودیت‌های JIT
محدودیت‌های JITاجرای اولیه کد تحت کامپایل JIT ممکن است کندتر از کدهای کامپایل شده توسط AOT باشد. کامپایلرهای JIT یک دوره آماده‌سازی دارند که در طی آن داده‌های پروفایل را جمع‌آوری کرده و کد را بهینه می‌کنند. این دوره گرم کردن می‌تواند باعث سربار شود و بر عملکرد اولیه برنامه تاثیر بگذارد. علاوه بر این، کامپایل JIT به دلیل خود فرآیند کامپایل، سربار زمان اجرا را به همراه دارد.
کامپایل در زمان اجرا، آسیب‌پذیری‌های احتمالی مانند حملات تزریق کد را امکان‌پذیر می کند.
کامپایلرهای JIT به دلیل افزایش استفاده از CPU در طول تولید و بهینه‌سازی کد در زمان اجرا می‌توانند بر عمر باتری تاثیر بگذارند.
JIT به حافظه اضافی برای نگهداری کد نمایش میانی (IR)، کش کامپایل، و پروفایل‌سازی و ابزار دقیق نظارت بر عملکرد نیاز دارد.
محدودیت‌ها AOT
محدودیت‌ها AOTکامپایل تمام سورس کد به کد زبان ماشین قبل از اجرا، زمان ساخت و استقرار را افزایش می‌دهد، که می‌تواند روند توسعه و تکرار را محدود کند.
کامپایلرهای AOT کد زبان ماشین مخصوص را برای پلتفرم هدف تولید می‌کنند که نمی‌تواند بدون کامپایل مجدد روی پلتفرم های دیگر اجرا شود و قابلیت مولتی‌پلتفرم ندارد.
برنامه‌های AOT به شدت به نرم‌افزار و محیط سخت‌افزاری موجود در پلتفرم مورد نظر متکی هستند.
کامپایل AOT فاقد انعطاف‌پذیری کامپایل JIT است. بهینه‌سازی‌های انجام شده در طول کامپایل AOT بر اساس فرضیات مربوط به قبل از اجرا است و ممکن است برای همه سناریوهای زمان اجرا بهینه نباشد. تغییرات در الگوی اجرا یا محیط ممکن است نیاز به کامپایل مجدد برای استفاده از بهینه‌سازی‌های جدید داشته باشد.
هر گونه تغییر در کد نیاز به کامپایل مجدد کامل و استقرار مجدد باینری برنامه دارد.
پشتیبانی در فریم‌ورک‌ها
پشتیبانی در فریمورکهاپشتیبانی در جاوا
پشتیبانی در جاوابه طور پیش فرض، کد جاوا به بایت‌کد، یک نمایش میانی مستقل از پلتفرم، کامپایل می‌شود. سپس ماشین مجازی جاوا (JVM) از یک کامپایلر JIT مانند HotSpot برای کامپایل پویای بایت‌کد به کد زبان ماشین استفاده می‌کند. این امر برنامه‌های جاوا را قادر می‌سازد از بهینه‌سازی زمان اجرا و مولتی‌پلتفرم بودن بهره‌مند شوند. فریم‌ورک هایی مانند Spring و Hibernate معمولا با کامپایل JIT استفاده می‌شوند.
پشتیبانی در فلاتر
پشتیبانی در فلاتربرنامههای فلاتر با کد زبان برنامه‌نویسی دارت نوشته شده‌اند. در طول توسعه، ماشین مجازی دارت (VM) از کامپایل JIT برای توسعه سریع و هات‌ریلود استفاده می‌کند. اما برای استقرار برنامه‌های Flutter در Android/iOS، دستور ساخت Flutter یک کامپایل AOT از کد Dart را انجام می‌دهد که کد زبان ماشین بهینه‌سازی شده را برای هر پلتفرم مقصد تولید می‌کند.
پشتیبانی در Rust
پشتیبانی در RustRust به طور کلی از کامپایل AOT به جای کامپایل JIT استفاده می‌کند. کد Rust با استفاده از کامپایلری مانند rustc ، به‌جای تبدیل به نمایش میانی، مستقیما به کد زبان ماشین کامپایل می‌شود.
این زبان بر ایمنی، عملکرد و کنترل تمرکز دارد که AOT در مقایسه با JIT در آنها فوق‌العاده است.
پشتیبانی در جاوا اسکریپت
پشتیبانی در جاوا اسکریپتجاوا اسکریپت در درجه اول از کامپایل در زمان اجرا (JIT) برای سرعت اجرا و انعطاف‌پذیری به‌جای کامپایل پیش از اجرا (AOT) استفاده می‌کند.
اگرچه WebAssembly یک گزینه کامپایل AOT را ارائه می‌دهد، اما خود موتورهای جاوا اسکریپت از JIT استفاده می‌کنند.
پشتیبانی در دات‌نت فریم‌ورک و سی‌شارپ
پشتیبانی در دات‌نت فریم‌ورک و سی‌شارپ.NetFramework به‌طور پیش‌فرض از کامپایل JIT به جای کامپایل AOT استفاده می‌کند. کدهای نوشته شده برای دات‌نت (همه‌ی زبان‌های دات‌نت مانند C#, VB.NET و غیره) در نمایش میانی مایکروسافت ( MSIL ) کامپایل می‌شوند. در زمان اجرا، ماشین مجازی Common Language Runtime (CLR)، نمایش میانی MSIL را به کد زبان ماشین تبدیل می‌کند. با این حال، کامپایل AOT با استفاده از Ngen.exe که کد را قبل از اجرا کامپایل می‌کند، پشتیبانی می‌شود.
پشتیبانی در Go
پشتیبانی در Goکدهای Go با استفاده از کامپایلرهای Go toolchain مانند gc و gccgo به باینری‌های کد زبان ماشین کامپایل می‌شوند. بنابراین زبان Go از کامپایل AOT استفاده می‌کند. زبان Go برای قابلیت‌هایی مانند عملکرد بالا، ثبات و تکرارپذیری طراحی شده است که AOT به خوبی این‌ها را ارائه می‌کند.
هدف Go این است که به‌جای اینکه مثل مدل Java/JVM بخواهد بر محیط اجرا تکیه داشته باشد، مانند C/C++ به یک باینری (زبان ماشین) کامپایل شود.
نتیجه‌گیری و خلاصه
نتیجه‌گیری و خلاصهانتخاب بین کامپایلرهای AOT و JIT ساده نیست. هر رویکرد مزایا و معایب متمایزی را ارائه می‌کند و آنها را برای موارد استفاده و کاربردهای خاص مناسب‌تر می‌سازد.
توسعه‌دهندگان باید نیازهای برنامه‌های خود را با دقت ارزیابی کنند و عواملی مانند عملکرد، فرآیند توسعه، محدودیت‌های سخت‌افزاری، امنیت و سازگاری زبان را در نظر بگیرند. با انتخاب کامپایلر مناسب، توسعه‌دهندگان می‌توانند کد خود را به طور موثر بهینه‌سازی کرده و عملکرد برنامه‌های خود را به حداکثر برسانند.
خلاصه کامپایلر JIT
خلاصه کامپایلر JITکامپایلر JIT در زمان اجرا کدها را ترجمه می‌کند و بهینه‌سازی‌های پویا را اعمال می‌کند.
کامپایلرهای JIT به دلیل استفاده از نمایش میانی مستقل از پلتفرم، امکان مولتی‌پلتفرم بودن را فراهم می‌کنند.
کامپایلرهای JIT می‌توانند ویژگی‌های پویا و انعطاف‌پذیر اسکریپت‌نویسی و زبان‌های پویا، مانند تولید و ارزیابی کد زمان اجرا را در خود جای دهند.
کامپایلرهای JIT می توانند رفتار زمان اجرای برنامه را تجزیه و تحلیل کنند و بهینه‌سازی‌هایی را متناسب با سناریوی اجرا انجام دهند، و البته به همین دلیل استفاده حافظه بالاتری دارند.
کامپایلرهای JIT می توانند بیشتر با دیباگرها سازگار باشند، زیرا اغلب نزدیکی بیشتری با سورس کد اصلی دارند.
کامپایلرهای JIT معمولا در زبان‌های اسکریپت‌نویسی استفاده می‌شوند، جایی که توانایی اجرای کد در لحظه، بدون نیاز به کامپایل از قبل‌تر، یک ویژگی اصلی است.
کامپایلرهای JIT در زبان‌هایی مانند جاوا، سی‌شارپ و جاوا اسکریپت استفاده می‌شوند و بهینه‌سازی عملکرد و انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهند.
خلاصه کامپایلر AOT
خلاصه کامپایلر AOTکامپایل AOT کدها را پیش از اجرا به زبان ماشین ترجمه کرده و بهینه‌سازی‌های جامع‌تری را ارائه می‌دهد.
کامپایلرهای AOT برنامه را سریع‌تر اجرا می‌کنند زیرا از قبل به کد زبان ماشین تبدیل شده‌اند و در زمان اجرا نیازی به کامپایل شدن ندارند.
کدهای کامپایل شده توسط AOT اغلب در مقایسه با کدهای کامپایل شده توسط JIT حافظه کمتری مصرف می‌کنند. به این دلیل که کد کامپایل شده فشرده‌تر است و نیازی به حضور کامپایلر JIT در زمان اجرا ندارد.
کامپایلرهای AOT کد را برای معماری‌های سخت‌افزاری و سیستم‌عامل‌های خاص، از قبل بهینه می‌کند.
کامپایلرهای AOT امنیت بیشتری دارند زیرا کد از قبل کامپایل شده است و خطر کمتری برای تزریق یا دستکاری کد وجود دارد.
کامپایلرهای AOT برای زبان‌هایی که تایپ متغیرهای ثابت (static type) دارند و سناریوهایی که زمان راه‌اندازی، کارایی حافظه و عملکرد قابل پیش‌بینی حیاتی است، مناسب هستند.
کامپایلرهای AOT در زبان‌هایی مانند C، C++، Rust و Go استفاده می‌شوند که حداکثر کنترل را بر منابع سیستم و اجرای کد کارآمد ارائه می‌دهند.
