《深入理解Java虚拟机》笔记二

大部分内容都是《深入理解Java虚拟机上的内容》的总结，少部分内容是来自于网上或者自己的理解。读完应该会把没笔记的markdown文件放在github上。

本部分笔记对应的是《深入理解Java虚拟机》第四章，第五章和第六章。

虚拟机性能监控和故障处理工具

命令行工具

名称

主要作用

jps

JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有HotSpot虚拟机进程

jstat

JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机个方面运行数据

jinfo

Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息

jmap

Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）

jhat

JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器让用户可以在浏览器上查看分析结果

jstack

Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

可视化工具

JConsole
VisualVM

调优案例分析与实战

通过64位JDK来使用内存

内存回收导致长时间的停顿
相同程序在64位JDK消耗的内存一般比32位的大，由于指针膨胀，数据类型对齐等原因

使用若干个32位虚拟机建立逻辑集群来利用硬件资源

节点的全局竞争，磁盘竞争
很难高效的利用某些资源池
受到32位的内存限制
大量的使用本地缓存

垃圾回收时，虚拟机虽然会对Direct Memory进行回收，但是Direct Memory却不能向新生代，老年代那样，发现空间不足就通知收集器进行垃圾回收，它只能等待老年代满了后发生Full GC，然后帮它清理掉内存的废弃对象，否者它只能抛出内存溢出异常。

类文件结构

Class文件结构

各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式——字节码（ByteCode）

实现语言无关性的基础是虚拟机和字节码存储格式，Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件有所关联，Class文件中包括了Java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。

Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在Class文件之中，当遇到占用8字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。中间没有分隔符，所以Class文件内容都是被严格限定的。

Class文件中结构只有两个类型--无符号和表

无符号

基本的数据类型，u1,u2,u4,u8表示1个字节，2个字节，4个字节，8个字节的无符号数

表

由多个无符号数或者其他表作为数据结构项构成复合数据数据类型，表都是习惯性以_info结尾。整个Class文件本质上就是一张表

类型	名称	数量	说明
u4	magic	1	魔术 0xCAFEBABE
u2	minor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	主版本号
u2	constant_pool_count	1	常量池容量计数值
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1	访问标志
u2	this_class	1	类索引
u2	super_class	1	父类索引
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count	接口索引集合
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count	字段表集合
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count	方法表集合
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count	属性表集合

字节码指令

Java虚拟机的指令由一个字节长度的，代表着某种特定操作含义的数据（称为操作码，Opcode）以及跟随后的零至多个代表此操作所需参数（称为操作数，Operands）而构成。类似于机器指令，在属性表集合中的Code属性中。Java的操作码只有1个字节长度。

操作码助记符

i代表int类型数据操作，l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，d代表double，f代表float，a代表reference。**

加载和存储指令

将一个局部变量加载到操作栈 <操作码助记符>load。
将一个数值从操作栈存储到局部变量表 <操作码助记符>store
将一个常量加载到操作栈，bipush，sipush，ldc，ldc_w, ldc2_w, aconst_null, iconen_m1, iconst__, lconst_, fconst__, dconst__,
扩充局部变量表的访问索引指令，wide
把一个数组元素加载到操作数栈的指令，<操作码助记符>aload
将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令，<操作码助记符>astore

运算指令符

加法指令，<操作码助记符>add
减法指令，<操作码助记符>sub
乘法指令，<操作码助记符>mul
除法指令，<操作码助记符>div
求余指令，<操作码助记符>rem
取反指令，<操作码助记符>neg
位移指令，ishl, ishr, iushr, lshl, lshr, lushr
按位或指令，ior, lor
按位与指令，iand, land
按位异或指令，ixor, lxor
局部变量自增指令，iinc
比较指令，dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp

非正规浮点数值，逐级下溢

类型转换指令

i2b, i2c, i2s,

l2i,

f2i,f2l,

d2i,d2l,d2f

对象创建与访问指令

创建类实例的指令 new
创建数组的指令 newarray，anewarray，multianewarray
访问类字段和实例字段，getfield，putfield，getstatic，putstatic
获取数组长度的指令，arraylength
检查类实例类型的指令，instanceof，checkcast

操作数栈管理指令

将操作数的栈顶一个或者儿歌元素出栈，pop，pop2
复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份复制值重新压入栈顶，dup，dup2，dup_x1,dup2_x1,dup_x2,dup2_x2
将栈最顶端的两个数值互换 swap

控制转移指令

条件分支， ifeq, iflt, ifle, ifne, ifgt, ifge, ifnull, ifnonnull, if_icmpeq, if_icmpne, if_icmplt, if_icmpgt, if_icmple,if_icmpge, if_acmpeq 和if_acmpne
复合条件分支， tableswitch，lookupswitch
无条件分支，goto，goto_w，jsr，jsr_w，ret

方法调用和返回指令

方法调用

invokevirtual，调用对象的实例方法
invokeinterface, 调用接口方法，它会在运行时，搜索一个实现了这个接口方法的对象
invokespecial，调用一些需要特殊处理的实方法，如实例初始化方法，实例私有方法或父类方法
invokestatic，调用类方法
invokedynamic，在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法

返回指令

返回null，return
返回类型，<操作码助记符>return

异常处理指令

在java程序中都是有athrow指令实现。在java虚拟机中有异常表实现

同步指令

Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步，这个两种同步结构都是使用管程实现

方法级的同步，是隐式的。通过方法表中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志来申明是否为同步方法。如果是，执行线程要求先成功持有管程，然后在执行方法，执行完之后释放管程。

同步一段指令序列通常由synchronize语句块，由monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronize关键字的语义。