JVM①Loading&JMM

class文件的加载过程

• loading

  1. 加载层次 低 --> 高
     Custom ClassLoader --> App --> Extension --> Bootstrap
  2. 双亲委派 – 防止内部类被覆盖
     低 -> 高，依次在缓存中寻找需要加载的类，有就直接返回；都无，高 -> 低，依次加载类，若都失败，抛出 ClassNotFoundException。
  3. 自定义类加载器
     1. 继承ClassLoader
     2. 重写模板方法findClass

• linking

  1. verification ：校验文件是否符合JVM规范
  2. preparation：给静态变量赋初始值
  3. resolution ：解析，将常量池符号引用转为内存地址

• initializing ：静态变量赋值

java内存模型 JMM

• cpu运行速度 高 -> 低
  • L0(寄存器) > L1 > L2 > L3(所有cpu共享)
• cache line
  • MESI缓存一致性协议
    1. M ：修改，本线程修改过
    2. E：独占，刚修改后为独占状态
    3. S：共享，与其他线程数据一致
    4. I：无效，一个线程改过后，其他线程此数据无效
  • cache line概念
    1. 读取缓存以 cache line 为单位，64个字节
  • false sharing（伪共享）
    1. 同一个cache line 中多个数据被不同的线程锁定，产生相互影响。
       • 例：cache line 中 A，B两个数据被线程A，线程B共享；线程A修改A数据，会导致线程B要重新去主存中加载cache line。
    2. 解决
       • 使用缓存行对齐，能提升一定的效率。

乱序问题

cpu为了提高指令的运行速度，会在执行一条指令的过程中，执行另一条指令(前提这两条指令没有依赖关系)。

如何保证指令的有序性

1. 硬件内存屏障

sfence ：写操作不可指令重排
lfence ： 读操作不可指令重排
mfence ：读写操作不可指令重排

2. jvm级别规范

LoadLoad屏障 ：指令前的读操作完毕才能执行指令后的读操作
StoreStore屏障：指令前的写入数据对其他处理器可见
LoadStore屏障：指令前的读操作完毕才能执行指令后面的写操作
StoreLoad屏障：指令前的写操作对其他处理器可见才能执行指令后的读操作

volatile实现细节

1. 字节码层级 --> ACC_VOLATILE
2. JVM层级 --> volatile读写都加屏障

StoreStore Barrier
volatile 写
StoreLoad Barrier

LoadLoad Barrier
volatile 读
LoadStore Barrier

3. OS和硬件层级

windows lock 指令实现 | MESI实现

synchronized实现细节

1. 字节码层级
   1. 方法：ACC_SYNCHRONIZED
   2. 同步代码块：monitorenter monitorexit
2. JVM层级 --> C C++ 调用了操作系统提供的同步机制
3. OS和硬件层级 --> lock cmpxchg / xxx

对象内存布局

对象创建过程

123将class文件load到内存，456初始化对象

1. class loading
2. class linking
   1. verification：校验是否符合JVM规范
   2. preparation：静态变量赋默认值
   3. resolution：解析，常量池符号引用转为地址引用
3. initializing： 静态变量赋值，调用静态语句块
4. 申请内存空间
5. 成员变量赋默认值
6. 调用构造方法
   1. 顺序给成员变量赋值
   2. 执行构造语句方法

对象在内存中的存储布局

观察虚拟机配置
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

1. 普通对象
   1. markword (对象头) 8字节
   2. Classpointer(指针，指向类)
      1. 上图 1开启为4字节 不开启为8字节
   3. instance
      1. 数据为引用类型：上图 2开启为4字节，不开启为8字节
   4. padding 对齐，不足8的倍数自动补齐
2. 数组对象
   比普通对象多出一个数组长度 --> 4字节

对象头 markword

1. 1bit 表示是否为偏向锁，2bit 表示锁标志位
2. 4bit 表示分代年龄
3. 31bit 表示hashCode

GC最大年龄
markword只有4bit表示分代年龄，最大15