第二章 JVM规范

JVM概述

  • 虚拟机指的是：通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统

  • JVM是通过软件来模拟Java字节码的指令集，是Java程序的运行环境

    JVM规范

  • JVM规范为不同硬件平台提供了一种编译Java技术代码的规范

  • 该规范使Java软件独立于平台，因为编译时针对作为虚拟机的“一般机器”而做

  • 这个“一般机器”可用软件模拟并运行于各种现存的计算机系统，也可用硬件来实现

    JVM规范定义的主要内容

  • 字节码指令集（相当于CPU）

  • Class文件的格式
  • 数据类型和值
  • 运行时的数据区
  • 栈帧
  • 特殊方法
  • 类库（eg.对硬件）
  • 异常

  • 虚拟机的启动加载、链接和初始化

    JVM规范中的虚拟机结构

    如何学习JVM规范中的指令集

    可看《jvm规范》

    理解ClassFile结构

  • Class文件时JVM的输入，Java虚拟机规范中定义了Class文件的结构。Class文件是JVM实现平台无关、技术无关的基础

  1. Class文件是一组以8字节为单位的字节流，各个数据项目按顺序紧凑排列。
  2. 对于占用空间大于8字节的数据项，按照高位在前的方式分割成多个8字节进行存储
  3. 只有两种类型：无符号数、表
    1. 无符号数 u1
    2. 表 由无符号数和表复合数据类型 “_info”
  4. javap工具生成非正式的“虚拟机汇编语言”，格式如下[<>][]
    1. 是指令操作码在数组中的下标，该数组以字节形式来存储当前方法的Java虚拟机代码，也可以相对于方法起始处的字节偏移量
    2. 是指令的助记码，还有操作数和注释
      常量池
      类定义和属性
      方法和方法调用
  • stack：方法执行时，操作栈的深度
  • Locals：局部变量所需的存储空间，单位是slot

  • args_size: 参数个数

    总结

    根据classFile结构规范，去读每一小段，然后根据每一段的结构和索引去读出具体的内容。
    可以看到虚拟机如何执行程序的，
    虚拟机如何执行优化的。
    可以直接操作字节码

    ASM

  • ASM是一个Java字节码操纵框架，它能被用来动态生成类或者增强既有类的功能。

  • ASM可以直接产生二进制Class文件，也可以在类被加载入虚拟机之前动态改变类行为，ASM从类文件中读入信息后，能够改变类行为，分析类信息，甚至能根据要求生成新类。

  • 目前许多框架如cglib、Hibernate、Spring都直接或间接地用ASM操作字节码

    ASM编程模型

  • Core API

操纵字节码的功能基于ClassVisitor接口，三个，实现class生成和转换

  1. ClassReader解析一个类的class字节码
  2. ClassAdapter是ClassVIsitor实现类，实现要变换的功能
  3. ClassWriter 输出字节码

  • Tree API

    第三章 类生命周期

    类的生命周期

  • 加载：查找并加载类文件的二进制数据

  • 连接：将数据合并到JVM运行时环境中取，包括如下几个步骤：
  1. 验证：确保被加载类的正确性
  2. 准备：分配内存
  3. 解析

  • 初始化

    类加载

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    启动类

    双亲委派模型

    破坏双亲委派模型

    类连接

    验证

  • 类文件结构检查

  • 元数据验证

  • 字节码验证

    准备

    解析

    符号引用-直接引用

    类的初始化

    就是为类的静态变量赋初始值，或者说是执行类构造器方法的过程
    1）如果类还没有加载和连接，就先加载和连接
    2) 没有初始化父类，就先初始化父类
    3) 类中存在类中初始化语句（static块）
    4）接口的话，初始化一个类的时候，不会初始化他的接口，初始化接口的时候，不会初始化他的父接口。只有调用接口里的变量时，才会初始化接口。classLoader装载一个类，并不会初始化这个类，不是对类的主动使用。
    类的使用方式

  • 主动使用 初始化时机
    1）创建类实例
    2）访问某个类或接口的静态变量

  1. 静态方法
    4）反射某个类
    5）初始化某个类的子类
    6）JVM启动的时候运行的主类
    7）定义了default方法的接口，当接口实现类初始化时
  • 被动使用

被动引用：通过子类去引用父类的静态字段
数组引用这个类
访问常量final不会初始化，本质上是从去常量池里拿的
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类卸载
  • 当Class对象不再被应用，那么Class对象的生命周期就结束了，对应的在方法区中的数据也会被卸载
  • JVM自带类加载器装载的类，是不会卸载的，有用户自定义的类加载器是可以卸载的

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    第四章 内存分配基础

    java的简化架构

    运行时数据区

  • PC寄存器

    • 每个线程拥有一个PC寄存器，是线程私有的，用来存储指向下一个指令的地址
    • 在创建线程的时候，创建相应的PC寄存器
    • 执行本地方法时，PC寄存器的值为undefined
    • 是一个比较小的内存空间，是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的内存区域
  • java栈
    • 栈由一系列帧组成（因此java栈也叫java栈帧），是线程私有的
    • 帧用来保存一个方法的局部变量、操作数栈（Java没有寄存器，所有参数传递都是用操作数栈）、常量池指针、动态链接、方法返回值等
    • 每一次方法调用创建一个帧，并压栈，退出方法时候，修改栈顶指针就可以把栈帧中的内容销毁
    • 局部表量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型，每个slot存放32位数据
    • 栈优点：存取数据比堆快，仅次于寄存器
    • 站缺点：数据大小、生存期在编译期决定的，缺乏灵活性

  • java堆
    • 用来存放应用系统创建的对象和数组，所以线程共享Java堆
    • GC主要管理堆空间，对分代GC来说，堆也是分代的
    • 优点：运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收
    • 缺点：效率相对较慢
  • 方法区
    • 线程共享，通常用来保存类的结构信息（常量池、方法字节码）
    • 通常和元空间关联在一起，但具体的跟JVM实现和版本有关
    • JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但他有一个别称Non-heap，与Java堆区分开
  • 运行时常量池
    • 是Class中每个类和接口的常量池表，在运行期间的表现形式，通常包括： 类的版本、字段、方法、接口等信息
    • 在方法区中分配
    • 通常在加载到JVM之后就创建
  • 本地方法栈
    • 在jvm中支持native方法执行的栈就是本地方法栈

  • 栈、堆、方法区交互关系
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    Java堆内存

    概述

    逻辑上连续，

  • Java堆式在运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收

  • GC主要就是回收堆内存，对分代GC来说，堆也是分代的

    Java堆的结构

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  • 新生代：存放新分配的对象

  • 年龄
  • 老年代 比较大的对象
  • 整个堆=
  • 新生代=Eden+存货去

  • 持久代 存Class、Method等原信息 从JDK8开始去掉了，取而代之的是元空间，元空间并不在虚拟机里面，而直接使用本地内存

    对象的内存布局

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  • 对象的访问定位

  • 访问方式取决于JVM的实现，句柄/类型指针
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    间接引用，慢一点
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    hotpot，速度快

    Java内存分配参数

    Trace跟踪参数

    -Xlog:GC

    GC日志格式

  • GC发生时间,也就是JVM从启动以来经过的秒数

  • 日志级别信息，和日志类型标记
  • GC识别号
  • GC类型和说明GC原因
  • GC前后容量

  • GC持续时间，单位秒

    Java堆的参数

    最小初始化堆，默认物理内存1/64

  • Xms： 1024倍数且大于1m

  • -XX:inHeapSize
    Runtime.getRuntime().totalMemory().
    初试最大堆, 最小初始化堆1/4，
  • -Xmx：
  • -XX:MaxHeapSize

建议初始堆和最大堆配置一样，减少内存分配的开销

使用MAT进行内存分析

把当前内存dump出来，
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原因：

  1. 内存泄漏，只往上涨，不往下降低（不恰当的引用）
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  • 老年代/新生代

缺省为2
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  • -Xss: 每个线程的堆栈大小，通常几百k，决定了函数调用的额深度

递归
https://blog.csdn.net/qq_31331965/article/details/102465589

  • 元空间的参数

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第五章 字节码引擎

字节码引擎

字节码引擎概述

  • 功能基本就是 输入字节码文件，然后对字节码进行解析并处理，最后输出执行的结果

  • 实现方式可能有通过解释器直接解释执行字节码，或者是通过及时编译器产生本地代码，也就是编译执行，当然也可能两者皆有。

    栈帧概述

  • 栈帧用于支持JVM进行方法调用和方法执行的数据结构

  • 栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁

  • 栈帧里存储了方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法返回地址等信息
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    局部变量表

  • 局部变量表：用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量的存储空间
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    案例1 slot是可复用的

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  • 不用的变量显式地置为null

    案例2 操作数栈

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    动态连接

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    方法返回地址

    方法执行后返回的地址

    方法调用

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    分派

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第六章 垃圾回收算法

1、什么是垃圾
简单说就是内存中已经不再被使用到的内存空间就是垃圾
2、如何判定垃圾
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3、如何回收
各种引用的实现

  • 软引用
  • 弱引用
  • 需应用

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4、根搜索算法、引用分类、GC类型、垃圾收集类型

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垃圾收集算法

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垃圾收集器

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跟踪和记录分析，
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触发fullgc的条件、对象分配规则

https://blog.csdn.net/z69183787/article/details/52757727
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垃圾回收视频课

https://www.bilibili.com/video/BV1D741177rV?from=search&seid=17138143945258049311

三色标记 和 读写屏障

https://www.jianshu.com/p/12544c0ad5c1

JVM对高效并发的支持

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