chapter-2 jvm运行机制

本章知识点

1.JVM启动流程

2.JVM基本结构

3.内存模型

4.编译和解释运行的概念

JVM启动流程

   

JVM基本结构

        在Chapter - 1中介绍过，JVM是使用软件模拟java字节码的指令集，jvm有自己的类加载机制，将编译好的class文件加载到内存中，内存分成了多个不同的块（方法区，Java堆，Java栈，本地方法栈），每个块有自己的功能。

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。

    -  通常和永久区(Perm)关联在一起，永久区保存相对静止，少改变的信息。

■ Java堆

    - 和程序开发密切相关

    - 应用系统new出来对象都保存在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

    - 数据结构，先进后出

■ 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

    -  局部变量表 包含参数和局部变量

    -  函数调用组成帧栈

    -  操作数栈（Java没有寄存器，所有参数传递使用栈，在系统中称为操作数栈）

    - 栈上分配

        • 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，栈的内存空间比堆小很多

        • 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

    - 数据结构：先进后出

■ 栈，堆，方法区交互

■ 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

■ 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

        •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（在一个线程中，不管指令怎么变化，不改变执行结果，不改变语义，就可指令重排）

        •编译器不考虑多线程间的语义

        •可重排： a=1;b=2;

■ 指令重排 - 破坏线程间的有序性

■ 指令重排 - 保证有序性的方法

■ 指令重排的基本原则

     - 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 Just In Time及时编译）

     - 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

    

    JVM 基本结构 - 内存模型

Java栈 - 也是局部变量表，包含参数和局部变量

        静态方法和实例方法（非静态方法）：实例方法的第一个槽位是this（对象的引用），占一个槽位。

内存泄露

        Java中，new对象是在java堆中进行的，但是new出来的对象不用了，就需要手动的来删掉，删掉几十个可能比较简单，但是删掉成千上万的都比较麻烦了，当出现分配了内存，但是没有使用的情况，这个叫做内存泄露。

        堆上分配内存，每次都需要手动去清理，非常麻烦，而且会出现内存泄露的情况，栈上分配，函数调用完成就会自动清理，永远不会出现内存泄露的情况，栈上保存的是局部变量。

解释执行和编译执行

        编译执行比解释执行快10倍左右