深入理解JVM
JVM总览
- JVM分为三大类，类加载子系统，运行时数据区和执行引擎
- 其中类加载子系统是用来加载编译过的class文件，然后把class元数据信息放入运行时数据区，再有执行引擎执行
- 本文基于HotSpot虚拟机，JDK1.8
运行时数据区
堆
- 堆是线程共享的，但是每个线程也有一小块私有区域叫TLAB，线程创建对象会先放在这个区域，避免分配内存冲突
- 大部分的对象都会分配在堆中，堆是虚拟机中最大的一块区域
- 堆中又划分为新生代和老年代
- 新生代又分为Eden区和两个Survivor区，分别是From区和To区
虚拟机栈
- 虚拟机栈是线程私有的，跟着线程一起创建和销毁
- 栈是先进后出的
- 虚拟机栈中会放置栈帧，而栈帧就是一个个的方法，每次调用方法就会放入一个栈帧，方法执行完毕就会弹出一个栈帧
- 栈帧中包含局部变量表，操作数栈，动态链接和返回地址等
- 局部变量表中包含了当前方法使用的所有变量
- 操作数栈就是用来计算信息，比如变量a加b，就是a出栈b出栈然后计算出c在入栈
- 动态链接就是指向运行时常量池，可以让方法把符号引用改成直接引用，比如调用了别的方法，在加载时会把这个方法调用加载成符号引用，这时可以用过运行时常量池找到对应的直接引用
本地方法栈
- 本地方法栈也是线程私有的，与虚拟机栈类似
- 本地方法栈是用来调用本地方法的栈，本地方法是C代码，不是JAVA
程序计数器
- 程序计时器也是私有的
- 主要用来记录执行到哪一行，因为CPU切换上下文需要知道执行到了哪里，以便接着执行
元空间
- 元空间是共享的，存在于非堆空间
- 元空间是在JDK1.8以后才引进的概念，以前都叫方法区
- 元空间主要包含了加载的类信息，字符串常量池，运行时常量池等
类加载子系统
- 虚拟机加载类经过加载，链接和初始化等步骤，链接又分为验证，准备和解析
加载：
- 创建某个类的实例或者被引用时这个类如果没有被虚拟机加载，则虚拟机会加载这个类。本地类库会被引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载，扩展类库由扩展类加载器（ExtClassLoader）加载，一般的类比如我们自己写的类就会由应用程序类加载器（AppClassLoader）加载
- 双亲委派机制：在加载器加载类时，会优先给自己的父类加载，直到引导类加载器，如果父类不加载，则才会自己加载。这种机制是为了保证类库的正常使用，比如说我们也自己定义了一个java.lang.String，如果是应用程序加载器加载就会出现问题
- 破坏双亲委派机制：实现ClassLoader接口，重写loadClass方法，不调用super.loadClass()
验证：
- JVM验证编译的代码是否语法没有错误，是否会危害虚拟机等
准备：
- 开始为静态变量分配内存，设初始值。如果是常量则会直接赋值
- 会为非私有的实例方法创建一个数组类型的方法表，这样就可以实现动态方法。也就是在通过父类new出子类并调用方法时，通过动态的类型来调用方法表，获取对应的实例方法并调用
解析：
- 将编译期的符号引用通过运行时常量池找到对应的地址，然后修改为直接引用
初始化：
- 虚拟机会把所有需要赋值的语句全部放在构造器()中，比如对静态变量赋初值等
执行引擎
解释器
- 解释器是一行一行的代码解释执行，因为每次执行都需要解释执行，所以执行效率不是很高，但是胜在拿来即用，虚拟机刚开始运行时就是先解释执行，然后再由JIT对热点代码编译成机器码执行在硬件上
即时编译器
- 即时编译器分为两种，C1和C2，C1适用于时间短，启动快的场景，C2适用时间长，性能要求比较高的场景。根据场景也叫Client Compiler 和 Server Compiler
- 在JDK1.7时引入了分层编译，1.8中默认开启，其中分为5个层次
- 解释执行
- C1编译，但是不开启Profiling（性能检测功能）
- C1编译，仅开启Profiling的方法调用次数和循环回边执行次数
- C1编译，开始所有Profiling
- C2编译
- 方法调用计数器：统计方法的调用次数，C1是1500次，C2是10000次，次数达到时就会触发JIT，分层情况下虚拟机会动态调整
- 循环回边计数器：统计循环代码体执行次数，分层情况也会动态调整
编译优化
- 在编译器编译时，会对代码进行优化，比如方法内联，逃逸分析等
- 方法内联：对于方法体不是太大的方法，虚拟机可以直接把被调用方法转换成当前方法中的代码，这样可以避免被调用方法的入栈出栈等操作
- 逃逸分析：对于一个方法中的对象，我们可以判断这个对象是否会逃逸，也就是会不会作用到别的作用域。如果在当前方法创建了一个对象，这个对象并没有传给别的方法等，只是作用在这个方法，那么我们就称这个对象没有逃逸
- 基于逃逸分析的优化有锁消除，标量替换等
- 锁消除：对不会进行线程竞争的锁会被优化掉。比如synchronized（new String），这样就一定不会线程竞争
- 标量替换：把一个对象替换成对应的局部变量，这样就可以避免在堆里创建对象。比如一个Student类中只有一个int age，一个String name这两个变量，那么就不创建这个对象，在局部变量表中添加这两个字段，然后跟栈一起被回收
