走進(jìn)JVM

字節(jié)碼

Java 所有的指令有200個(gè)左右，一個(gè)字節(jié)可以存儲(chǔ)256種不同的指令信息，一個(gè)這樣的字節(jié)稱為字節(jié)碼（中間碼）。在代碼的執(zhí)行過程中，JVM將字節(jié)碼解釋執(zhí)行，屏蔽對底層操作系統(tǒng)的依賴，JVM 也可以將字節(jié)碼編譯執(zhí)行，如果是熱點(diǎn)代碼，會(huì)通過JIT 動(dòng)態(tài)地編譯為機(jī)器碼，提高執(zhí)行效率

字節(jié)碼主要指令如下：

加載或存儲(chǔ)指令

在某個(gè)棧幀中，通過指令操作數(shù)據(jù)在虛擬機(jī)棧的局部變量表與操作棧之間來回傳輸，常用指令如下：

將局部變量加載到操作棧中。

從操作棧頂存儲(chǔ)到局部變量表

將常量加載到操作棧頂，這是極為高頻使用的指令

運(yùn)算指令： 對兩個(gè)操作棧幀上的值進(jìn)行運(yùn)算，并把結(jié)果寫入操作棧頂IADD、IMUL

類型轉(zhuǎn)換指令 顯示轉(zhuǎn)換兩種不同的數(shù)值類型

對象創(chuàng)建于訪問指令

創(chuàng)建對象指令 NEW NEWARRAY

訪問屬性指令 GETFIELD、PUTFIELD 等

檢查實(shí)例類型指令

操作棧管理指令

出棧指令

賦值棧頂元素并壓入棧

方法調(diào)用與返回指令

同

詳細(xì)見 P125《碼出高效： JAVA開發(fā)手冊》

Java源文件 ----> 詞法解析-- token流 -> 語法解析 -----> 語義分析 -----> 生成字節(jié)碼 ----> 字節(jié)碼

詳細(xì)見P126

類加載過程

任何程序都需要加載到內(nèi)存中才能與CPU進(jìn)行交流。字節(jié)碼 .class 文件同樣需要家長到內(nèi)存中，才可以實(shí)例化類。ClassLoader 就是提前加載 .class 文件到內(nèi)存中

過程： 加載、鏈接、初始化

加載： 讀取類文件產(chǎn)生的二進(jìn)制流，并轉(zhuǎn)為特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，初步校驗(yàn)cafe babe 魔法值，常量池、文件長度、是否有父類等，然后創(chuàng)建對應(yīng)類的實(shí)例

鏈接包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三個(gè)過程。驗(yàn)證是更詳細(xì)的校驗(yàn)，比如final 是否合規(guī)，類型是否正確、靜態(tài)變量是否合理等；準(zhǔn)備結(jié)果是為靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并設(shè)定默認(rèn)值，解析類和方法確保類與類之間的相互引用正確性，完成內(nèi)存結(jié)構(gòu)布局

初始化結(jié)果，執(zhí)行類構(gòu)造器方法，如果賦值運(yùn)算是通過其他類的靜態(tài)方法來完成的，那么會(huì)馬上解析另一個(gè)類，在虛擬機(jī)棧中執(zhí)行完畢后通過返回值進(jìn)行賦值

內(nèi)存布局

Heap （堆區(qū)）

是OOM 故障的主要發(fā)源地，它存儲(chǔ)著幾乎所有的實(shí)例對象，堆由垃圾收集器自動(dòng)回收，堆區(qū)各子線程共享使用。通常它的占用的空間是所有內(nèi)存區(qū)域最大的，但是如果無節(jié)制的創(chuàng)建實(shí)例那么也將會(huì)消耗完內(nèi)存導(dǎo)致OOM?？梢栽谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的設(shè)置它的大小，-Xms256M - Xmx1024M 表示設(shè)定初始值和最大值。服務(wù)器在運(yùn)行過程中，退空間不斷地?cái)U(kuò)容和回縮，勢必形成不必要的系統(tǒng)壓力，所以在線上生產(chǎn)環(huán)境中，JVM 的Xms和Xmx 設(shè)置為一樣大小，避免在GC 后調(diào)整堆大小時(shí)帶來的額外壓力。

（下圖：這里的放得下指的是當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)大對象時(shí)候，內(nèi)存區(qū)域是否能夠容納得下）

Metaspace（元空間）

元空間的前身是Perm區(qū)（被稱為永久代），在JDK7 及之前的版本中才有Perm，現(xiàn)在的版本使用了Metaspace。因?yàn)镻erm 在某些場景下，如果動(dòng)態(tài)加載類過多，容易產(chǎn)生Perm 區(qū)的OOM（為了解決需要設(shè)定參數(shù) -XX：MaxPermSize = 1280m），如果部署到新機(jī)器上，往往會(huì)因?yàn)镴VM 參數(shù)沒有修改導(dǎo)致故障再現(xiàn)，不熟悉此應(yīng)用的人很難排查。所以，元空間就誕生了。元空間在本地內(nèi)存中分配。

JVM Stack （虛擬機(jī)棧）

棧的特性是先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，JVM 是基于棧結(jié)構(gòu)的院系環(huán)境。JVM 中的虛擬機(jī)棧是描述Java方法執(zhí)行的內(nèi)存區(qū)域，它是線程私有的。棧中的元素用于支持虛擬機(jī)進(jìn)行方法調(diào)用，每個(gè)方法從開始調(diào)用到執(zhí)行完成的過程。就是棧幀從入棧到出棧的過程?；顒?dòng)線程中只有位于棧頂?shù)膸攀怯行У?，稱為當(dāng)前棧幀。正在執(zhí)行的方法稱為當(dāng)前方法。

虛擬機(jī)棧通過壓棧和出棧的方式，對每個(gè)方法對應(yīng)的活動(dòng)棧幀進(jìn)行運(yùn)算處理，方法正常執(zhí)行結(jié)束，肯定會(huì)跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)棧幀上。在執(zhí)行過程中，如果出現(xiàn)異常，會(huì)進(jìn)行異?；厮?，返回地址通過異常處理表確定。

局部變量表： 存放方法參數(shù)和局部變量的區(qū)域

操作棧 ： 一個(gè)初始狀態(tài)為空的桶式結(jié)構(gòu)棧。在方法執(zhí)行過程中，會(huì)有各種指令往棧中寫入和提取信息。

動(dòng)態(tài)連接：每一個(gè)棧幀包含一個(gè)常量池中對當(dāng)前方法的引用，目的是支持方法調(diào)用過程的動(dòng)態(tài)連接

方法返回地址： 方法執(zhí)行有兩種退出情況： 1. 正常退出。2.異常退出。 無論何種退出情況都將返回到方法當(dāng)前被調(diào)用的位置。方法退出的過程相當(dāng)于彈出當(dāng)前棧幀。

本地方法棧

Native Method Stack 在JVM內(nèi)存布局中，也是線程對象私有的。被稱為Native 方法服務(wù)，線程開始調(diào)用本地方法時(shí)，會(huì)進(jìn)入一個(gè)不再受JVM約束的世界。本地方法可以通過JNI來訪問虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)，甚至可以調(diào)用寄存器，具有和JVM相同的能力和權(quán)限。

程序計(jì)數(shù)寄存器

每一個(gè)線程在創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生自己的程序計(jì)數(shù)器和棧幀，程序計(jì)數(shù)器用來存放執(zhí)行指令的偏移量和行號(hào)指示器，程序的執(zhí)行或者恢復(fù)都要依賴程序計(jì)數(shù)器。程序計(jì)數(shù)器在哥線程之間互不影響，此區(qū)域不會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出異常。

從線程共享的角度來看，堆空間和元空間都所有線程共享的，而虛擬機(jī)棧和本地方法棧，程序計(jì)數(shù)器是線程內(nèi)部私有的。

對象實(shí)例化

實(shí)例化對象過程

確認(rèn)類元信息是否存在。當(dāng)JVM接受到new指令時(shí)，首先在metaspace 內(nèi)檢查需要?jiǎng)?chuàng)建的類元信息是否存在。若不存在，那么在雙親委派模式下，使用當(dāng)前類加載器以ClassLoader +包名+類名為key 進(jìn)行查找對應(yīng)的.class 文件，如果沒有找到文件，則拋出ClassNotFoundException 異常，如果找到，則進(jìn)行類加載并生成對應(yīng)的Class 類對象。

分配對象內(nèi)存。首先計(jì)算對象占用空間大小，如果實(shí)例成員變量是引用變量，僅分配引用變量空間即可，即4個(gè)字節(jié)大小，接著在堆中劃分一塊內(nèi)存給新對象。在分配內(nèi)存空間時(shí)，需要進(jìn)行同步操作，比如采用CAS失敗重試，區(qū)域加鎖等方式保證分配操作的原子性。

設(shè)定默認(rèn)值。成員變量值都需要設(shè)定默認(rèn)值，即各種不同形式的零值。

設(shè)置對象頭。設(shè)置新對象的哈希碼，GC信息，鎖信息，對象所屬的類元信息等。這個(gè)過程的具體設(shè)置方式取決JVM實(shí)現(xiàn)。

執(zhí)行init 方法。初始化成員變量，執(zhí)行實(shí)例化代碼塊，調(diào)用類的構(gòu)造方法，并把堆內(nèi)對象的首地址賦值給引用變量。

垃圾回收

Java 會(huì)對內(nèi)存進(jìn)行自動(dòng)分配與回收管理，使上層業(yè)務(wù)更加安全，方便地使用內(nèi)存實(shí)現(xiàn)程序邏輯。GC 主要目的是清除不再使用的對象，自動(dòng)釋放內(nèi)存。

標(biāo)記-清除

復(fù)制

標(biāo)記-整理

區(qū)分新老年代（分代收集）

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