学习笔记3——JVM基础知识

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JVM（Write Once，Run Anywhere）

• 以下是一些学习时有用到的资料，只学习了JVM的基础知识，对JVM整体进行了解

(5 封私信 / 80 条消息) Java JVM怎么学习啊？从哪方面入手？ - 知乎
(zhihu.com)

JVM入门教程开篇：为什么要学虚拟机？ - 陈树义 - 博客园
(cnblogs.com)

【精选】Java | JVM | 详细图解，坚持看完，带你真正搞懂Java虚拟机_java jvm
图-CSDN博客

抽象语法树AST的全面解析（一）_语法树解析_嘿嘿帆的博客-CSDN博客

可移植性的两个层次

• 源代码级可移植性和二进制代码的可移植。 大部分的语言都支持源代码级的可移植性（编译器是平台有关的） JAVA语言不仅支持源码可移植性，其源代码编译之后生成的字节码同样具有可移植性。【理解：系统能够识别是编译后形成的二进制文件，操作系统有一套对应的机制能够识别出来，比如对应于0011，win操作系统认为是+，但是放到linux下可能就认为是非法操作，所以需要“编译”+“识别”要成对，而对于java代码，我们的编译和识别是不需要成对的，因为java不直接生成给系统看的二进制代码，而是先生成字节码再通过jvm匹配不同的系统。】

java到机器码流程

• java并不是一上来直接把代码编译为系统识别的机器码，而是编译为一种特定的语言规范——字节码，java虚拟机解析字节码内容，将其翻译为操作系统能理解的机器码
  • javac: 将源代码翻译为字节码**（前端编译器）**——>16 进制数据流 / javap可以反编译
    • 将源码的字符流转化为token流，构建抽象语法树（AST）
    • 将定义的符号信息输入到符号表（符号地址和符号信息）
    • 注解处理：对生成的语法树进行增删改查，还是要进行token生成和符号表新增，重复直到新增注解后语法树没有修改
    • 语法分析
      • 语义分析：使用前是否声明/路径的返回值/受查异常被正确处理
      • 解语法糖：自动拆箱-还原简单的数据结构
    • 生成字节码（将语法树和符号表转为字节码.class）
  • 字节码到机器码（java解释器和JIT编译混用）
    • java解释器：直接执行字节码，调用系统（启动快但是过程慢）
    • JIT编译器：将字节码转化为本地机器码（启动慢过程很快）
      • c1编译模式：进行简单、可靠的优化，如有必要将加入性能监控的逻辑
      • c2编译模式：会启用一些编译耗时较长的优化，甚至会根据性能监控信息进行一些不可靠的激进优化。
  • AOT编译器：是一种由源代码直接到机器码的方法，但是对于java 的动态特性并不友好，所以是一种牺牲质量换取性能的策略，如动态类加载无法实现

对字节码进行深入理解

• 源代码
  

• 常量池

• 类索引：地址指向了常量池中的Demo类

• 父类索引：地址指向常量池的object类

• 接口索引：接口计数器+接口信息

• 字段表集合：类级变量、实例级变量（不包括类中的局部变量）/ 同样是字段计数器+属性数据

• 方法表索引：方法计数器+方法表

  • public访问修饰符 + 方法名的索引，指向了常量池的 + 属性表计数器+属性表
    • 属性表名code+属性长度+操作数栈深度的最大值+为局部变量分配的存储空间+字节码指令（通过查询字节码指令表可以知道，类似于汇编）+异常表长度+又来一个属性表放的是line_number_info表，其中包含了start_pc（字节码行号）+ line_number（java源码的行号）

• 属性表（是类层次的属性，其中包含了该字节码文件的源文件即demo.java）

运行时数据区（java虚拟机的内存）【java类加载到java内存中，类信息存在方法区，创建对象存在堆中，调用方法就开启线程】

• 公有（所有线程共享）

  • java堆
    • 存储java实例对象的内存分配
  • 方法区
    • 存储java类字节码数据，存储每一个类的结构信息如运行时常量池、字段和方法数据
    • 常量池也在里边

• 私有（线程私有）

  • PC寄存器：线程正在执行的字节码指令地址
  • java虚拟机栈：存储局部变量，操作数栈
  • 本地方法栈：。。。

类加载机制（即字节码如何翻译）【遇到static单独开出去内存，不会每次new 对象都新开内存】有几个例子要多看

• 加载：将字节码加载到内存，在方法区创建对应的class对象

• 校验：对字节码文件继续校验，是否规范

• 为类变量（static修饰的变量）分配内存，并按照

  • 变量的话：java语言的数据零值来赋值【注意不是代码里边的值】
  • 常量final的话：直接就是用户代码给出的值

• 解析：将常量池中的符号引用替换为直接的内存地址

• 初始化：new/读取或者设置一个类的static（被final修饰、或者在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）/调用一个类的静态方法

• 从入口程序开始执行

• 执行结束后，jvm销毁创建的class对象，最后JVM也退出内存

重点，先类初始化，结束后就对象初始化，如果没有实例化，只是因为main入口或者用了其中的static或者因为子类初始化的时候父类还没有初始化，那么只会类初始化不会对象初始化，understand！！！类初始化只有一次

• 类初始化的细节（jvm看到方法区的字节码其实分不清构造函数啥的）【是先类初始化后对象初始化】
  • 类初始化：类变量的赋值语句、静态代码块的执行
  • 对象初始化（实例化之后才会执行）：赋值语句，普通代码块，最后才是构造函数代码【按照我们平时构造函数中可以调用对象字段就可以推测出来】

垃圾回收机制

• 判断垃圾：GC Root Tracing 算法：从 GC Root 出发，所有可达的对象都是存活的对象，而所有不可达的对象都是垃圾。为什么不使用引用计数：是因为引用计数会存在循环引用的问题

• 三种垃圾回收机制

  • 标记清除

    

  • 复制算法

    

  • 标记压缩

    

• 堆区的回收总的来说分为年轻代和老年代 1：3

  • 【年轻：存活率低，复制算法；老年：存活率高，标记-压缩方法】

    • 年轻代用复制：年轻代分为Eden（伊甸园），From Survivor 0（幸存0区），To Survivor 1（幸存1区）
    • 分区比例8：1：1，这么分区是因为ibm公司统计98%对象都是短期的，不必单独浪费一半的空间来存储，只需要用10%即可保留下当前年轻代中的精华对象

    

    • 老年代用标记-压缩方法

      

  • 扫描的时候，如果没有引用且计数为0就直接回收，如果+1后够年龄就放入老年

  • 一进来就进新生代Eden，Eden一满就会触发GC进行垃圾回收，新生代会频繁存入新的对象，所以触发很频繁

  • Survivor 0：上一代GC的时候保留下来的数据，但是还不够进入老年，和Eden作为本次的扫描区域

  • Survivor 0：我感觉像个temp，耶斯就是一个temp，理解的很棒~！

  • 如果前边几次扫描发现某个对象都在，够一定年龄，就放到老年代，减少GC重复的判断

• 四大垃圾回收器

  

• 一些术语

  • Minor GC：从年轻代回收内存叫做minor GC, Eden满了就会触发
  • Major GC: 如果老年代的空间也不够了，就会触发，也可以认为major GC是由minor GC引起的
  • Full GC：年轻代预感到有大量对象即将进入老年代，于是发起full gc将年轻和老年都整理
  • stop the world