jvm启动流程

jvm基本结构

PC寄存器

  • 每个线程拥有一个PC寄存器
  • 在线程创建时 创建
  • 指向下一条指令的地址
  • 执行本地方法时,PC的值为undefined

方法区

保存装载的类信息

  • 类型的常量池
  • 字段,方法信息
  • 方法字节码

类的全限定名(类的全路径名)
类的直接超类的全限定名(如果这个类是Object,则它没有超类)
这个类是类型(类)还是接口
类的访问修饰符,如public、abstract、final等
所有的直接接口全限定名的有序列表(假如它实现了多个接口)
常量池:字段、方法信息、类变量信息(静态变量)
装载该类的装载器的引用(classLoader)、类型引用(class)
通常和永久区(Perm)关联在一起

Java堆

  • 和程序开发密切相关
  • 应用系统对象都保存在Java堆中
  • 所有线程共享Java堆
  • 对分代GC来说,堆也是分代的
  • GC的主要工作区间

eden : s0 : s1 = 8 : 1 : 1

Java栈

  • 线程私有
  • 栈由一系列帧组成(因此Java栈也叫做帧栈)
  • 帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针
  • 每一次方法调用创建一个帧,并压栈
操作数栈

Java没有寄存器,所有参数传递使用操作数栈

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public static int add(int a,int b){
int c=0;
c=a+b;
return c;
}
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0:   iconst_0 // 0压栈
1: istore_2 // 弹出int,存放于局部变量2
2: iload_0 // 把局部变量0压栈
3: iload_1 // 局部变量1压栈
4: iadd //弹出2个变量,求和,结果压栈
5: istore_2 //弹出结果,放于局部变量2
6: iload_2 //局部变量2压栈
7: ireturn //返回
栈上分配
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public class OnStackTest {
public static void alloc(){
byte[] b=new byte[2];
b[0]=1;
}
public static void main(String[] args) {
long b=System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<100000000;i++){
alloc();
}
long e=System.currentTimeMillis();
System.out.println(e-b);
}
}
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-server -Xmx10m -Xms10m
-XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

输出结果 5

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-server -Xmx10m -Xms10m  
-XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

……
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000977 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0001361 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000963 secs]
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  • 小对象(一般几十个bytes),在没有逃逸的情况下,可以直接分配在栈上
  • 直接分配在栈上,可以自动回收,减轻GC压力
  • 大对象或者逃逸对象无法栈上分配

栈、堆、方法区交互

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public class AppMain {
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区 
public static void main(String[] args){
//main 方法本身放入方法区。
Sample test1 = new Sample(" 测试 1");
//test1是引用,所以放到栈区里, Sample是自定义对象应该放到堆里面
Sample test2 = new Sample(" 测试 2");

test1.printName();
test2.printName();
}
}

public class Sample{
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区 
private name;
//new Sample实例后,name 引用放入栈区里,name 对象放入堆里 
public Sample(String nam){
this.name = name;
}
//print方法本身放入 方法区里。
public void printName(){
System.out.print(name);
}
}

内存模型

  • 每一个线程有一个工作内存和主存独立
  • 工作内存存放主存中变量的值的拷贝

当数据从主内存复制到工作存储时,必须出现两个动作:

  • 第一,由主内存执行的读(read)操作;
  • 第二,由工作内存执行的相应的load操作;当数据从工作内存拷贝到主内存时,也出现两个操作:第一个,由工作内存执行的存储(store)操作;第二,由主内存执行的相应的写(write)操作

每一个操作都是原子的,即执行期间不会被中断

对于普通变量,一个线程中更新的值,不能马上反应在其他变量中,如果需要在其他线程中立即可见,需要使用 volatile 关键字

可见性
  • 一个线程修改了变量,其他线程可以立即知道
  • 保证可见性的方法
    • volatile
    • synchronized (unlock之前,写变量值回主存)
    • final(一旦初始化完成,其他线程就可见)
有序性
  • 在本线程内,操作都是有序的
  • 在线程外观察,操作都是无序的。(指令重排 或 主内存同步延时)
指令重排
  • 线程内串行语义
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写后读	a = 1;b = a;	写一个变量之后,再读这个位置。
写后写 a = 1;a = 2; 写一个变量之后,再写这个变量。
读后写 a = b;b = 1; 读一个变量之后,再写这个变量。
以上语句不可重排
编译器不考虑多线程间的语义
可重排: a=1;b=2;
指令重排的基本原则 (happen-before)
  • 程序顺序原则:一个线程内保证语义的串行性
  • volatile规则:volatile变量的写,先发生于读
  • 锁规则:解锁(unlock)必然发生在随后的加锁(lock)前
  • 传递性:A先于B,B先于C 那么A必然先于C
  • 线程的start方法先于它的每一个动作
  • 线程的所有操作先于线程的终结(Thread.join())
  • 线程的中断(interrupt())先于被中断线程的代码
  • 对象的构造函数执行结束先于finalize()方法
解释运行
  • 解释执行以解释方式运行字节码
  • 解释执行的意思是:读一句执行一句
编译运行(JIT)
  • 将字节码编译成机器码
  • 直接执行机器码
  • 运行时编译
  • 编译后性能有数量级的提升