JVM启动流程

• 使用java或javaw启动,后面跟一个包含main方法的启动类

• 在当前路径寻找配置文件jvm.cfg

• 根据配置寻找JVM.dll

• 初始化JVM获得JNIEnv接口,JNIEnv接口包括一些和jvm交互的操作,比如查找一个类

• 找到main方法并运行

JVM基本结构

• 类加载器ClassLoader

• 本地方法区为native方法调用

• 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

• JDK6时，String等常量信息置于方法,JDK7时，已经移动到了堆

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

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

Java栈 – 局部变量表 包含参数和局部变量

public class StackDemo {

    public static int runStatic(int i,long l,float  f,Object o ,byte b){
        return 0;
    }

    public int runInstance(char c,short s,boolean b){
        return 0;
    }

}

• 每个槽为容纳32位,int占一个槽位,long占两个槽位,引用占32位

• 与静态方法不同的是实例法的变量表中第一个保存的是当前对象的引用

• Java栈 – 函数调用组成帧栈

public static int runStatic(int i,long l,float  f,Object o ,byte b){
    return runStatic(i,l,f,o,b);
}

• 省略了操作数栈和返回地址

• 每一个绿色的块就是一帧

Java栈 – 操作数栈

• Java没有寄存器，所有参数传递使用操作数栈

public static int add(int a,int b){
    int c=0;
    c=a+b;
    return c;
}

 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

Java栈 – 栈上分配

C++代码示例

class BcmBasicString{    ....}

堆上分配每次需要清理空间,容易造成内存泄露

public void method(){    
    BcmBasicString* str=new BcmBasicString;
    ....    
    delete str;
}

栈上分配函数调用完成自动清理

public void method(){    
    BcmBasicString str;  
    ....
}

java

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);
    }
}

使用如下参数运行:

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

输出结果为5

使用如下参数运行:

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

输出结果为

……
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000977 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0001361 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000963 secs]
564

发生了大量GC

Java栈 – 栈上分配

• 小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸(在其他线程中也使用)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

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 name) 
    { 
        this .name = name; 
    } 
    //print方法本身放入 方法区里。
    public void printName()    
    { 
        System.out.println(name); 
    } 
}

• 为了能让递归函数调用的次数更多一些，应该怎么做呢？

内存模型

内存模型

• 每一个线程有一个工作内存和主存独立

  工作内存和主存同步:很多变量在主存中有一份原始变量,在线程的工作内存中还有一份变量的拷贝,工作内存和主存之间可以做一些同步,主要通过assign,read,load,store,write,use这些操作去做

• 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

volatile

public class VolatileStopThread extends Thread{
    private volatile boolean stop = false;
    public void stopMe(){
        stop=true;
    }

    public void run(){
        int i=0;
        while(!stop){
            i++;
        }
        System.out.println("Stop thread");
    }

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
        VolatileStopThread t=new VolatileStopThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        t.stopMe();
        Thread.sleep(1000);
    }
}

没有volatile -server 运行 无法停止

volatile 不能代替锁
一般认为volatile 比锁性能好(不绝对)

选择使用volatile的条件是：语义是否满足应用

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

• 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

class OrderExample {
    int a = 0;
    boolean flag = false;

    public void writer() {
        a = 1;                   
        flag = true;           
    }

    public void reader() {
        if (flag) {                
            int i =  a +1;      
            ……
        }
    }
}

线程A首先执行writer()方法
线程B线程接着执行reader()方法
线程B在int i=a+1 是不一定能看到a已经被赋值为1

因为在writer中，两句话顺序可能打乱

线程A
flag=true
a=1

线程B
flag=true(此时a=0)

指令重排 – 保证有序性的方法

class OrderExample {
    int a = 0;
    boolean flag = false;

    public synchronized void writer() {
        a = 1;                   
        flag = true;           
    }

    public synchronized void reader() {
        if (flag) {                
            int i =  a +1;      
            ……
        }
    }
}

同步后，即使做了writer重排，因为互斥的缘故，reader 线程看writer线程也是顺序执行的。

线程A
flag=true
a=1

线程B
flag=true(此时a=1)

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,如a=4;b=a+4;

• 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

编译和解释运行的概念

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