JVM知识点

优点

缺点

地址、操作数

优点

缺点

典型应用是X86的二进制指令集，比如传统的PC以及安卓的Davlik虚拟机

大部分情况下，指令集往往以一地址指令，二地址指令和三地址指令为主。

-v输出附加信息

-l输出行号和本地变量表

-p显示所有类和成员

-c对代码进行反汇编

通过引导类加载器bootstrap class loader创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

执行一个所谓的Java程序的时候，真正执行的是一个叫Java虚拟机的进程

程序正常执行结束

执行过程遇到异常或错误而异常终止

操作系统错误导致Java虚拟机进程终止

Runtime类或System类的exit方法、runtime类的halt方法，并且Java安全管理器允许这次exit或halt操作

JNI(Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机退出的情况

世界第一款商用Java虚拟机

JDK1.4时被淘汰

只提供了解释器

如果使用JIT编译器，就需要外挂，但是JIT和解释器不能配合工作

为了解决上一个虚拟机问题，JDK1.2时，sun提供了此虚拟机

Exact Memory Management：准确式内存管理

具有现代高性能虚拟机的雏形

只在Solaris平台短暂使用，其他平台还是Classic vm

最初由Longview  Technologies的小公司设计，1997年被sun公司收购，2009年sun公司被甲骨文收购

JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机

绝对市场地位，称霸武林

HotSpot就是他的热点代码探测技术

BEA公司

专注服务器端应用

世界上最快的JVM

全面的Java运行时解决方案组合

2008年BEA被oracle收购

JDK8中，在HOTSPOT的基础上，移植JRockit的优秀特性

全称：IBM Technology for java Virtual Machine 简称IT4J，内部代号J9

市场定位与HotSpot接近，服务器端、桌面应用，嵌入式等多用途VM

广泛应用于IBM的各种Java产品

有影响力的三大商用虚拟机之一

2017开源，OPEN J9

JavaME产品线产品

与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机

运行于Azul Systems公司的专有硬件Vega系统上的虚拟机

每个实例可以管理至少数十个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器，专有硬件优化的线程调度等优秀特性

2010年，发布自己的Zing JVM，可以在通用X86平台上提供接近于vega系统的特性

BEA公司开发的，运行在自家Hypervisor系统上

不需要操作系统支持，本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等

随着JRockit虚拟机终止开发，Liquid VM项目也停止了

JDK1.5,1.6兼容

IBM和Intel联合开发的开源JVM，2011年退役

Java类库代码吸纳进了Android SDK

只能在Windows平台运行，xp系统中不用了。

基于OpenJDK开发了自己的定制版本AlibabaJDK

深度定制且开源的高性能服务器版JAVA虚拟机

GCIH：GC invisible heap，将生命周期较长的Java对象从heap中已到heap之外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率

GCIH中的对象还能够在多个JAVA虚拟机进程中实现共享

使用crc32指令实现JVM intrinsic降低JNI的调用开销

针对大数据场景的ZenGC

在阿里产品上性能高，硬件严重依赖intel的CPU，损失了兼容性，但是提高了性能

淘宝、天猫上线，把oracle官方JVM版本全部替换

谷歌开发，应用于Android系统，安卓2.2提供了JIT，发展迅猛

只能称作虚拟机，不能称作Java虚拟机，没有遵循Java虚拟机规范

不能直接执行Java的Class文件

基于寄存器架构，不是jvm的栈架构

执行的是编译后的dex文件，执行效率比较高

安卓5.0使用支持提前编译AOT的ART VM替换Dalvik VM

2018年4月，Oracle labs公开了GraalVM。

跨语言全栈虚拟机，可以作为任何语言的运行平台使用

局部变量  vs  成员变量

基本数据类型   VS 引用类型变量（类，数组，接口）

每个方法执行，伴随着进栈（入栈，压栈）

执行结束的出栈

Java栈大小是动态或者固定不变的。如果是动态扩展，无法申请到足够内存OOM，如果是固定，线程请求的栈容量超过固定值，则StackOverflowError

截图

一种是正常的函数返回，使用return指令

另外一种是抛出异常，不管哪种方式，都会导致栈帧被弹出

定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数，定义在方法体内部的局部变量，数据类型包括各类基本数据类型，对象引用，以及return address类型

局部变量表建立在线程的栈上，是线程私有的，因此不存在数据安全问题

局部变量表容量大小是在编译期确定下来的

局部变量表存放编译期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型（reference）,return address 类型

最基本的存储单元是slot

局部变量表中的变量只有在当前方法调用中有效，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。

方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁

关于Slot的理解

静态变量与局部变量对比及小结

补充：

在方法执行的过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈/出栈

如果被调用方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新程序计数器中下一条需要执行的字节码指令

Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中栈就是操作数栈

主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间

当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的

每一个操作数栈会拥有一个明确的栈深度，用于存储数值，最大深度在编译期就定义好

栈中，32bit类型占用一个栈单位深度，64bit类型占用两个栈单位深度

操作数栈并非采用访问索引方式进行数据访问，而是只能通过标准的入栈、出栈操作完成一次数据访问

栈顶缓存技术

指向常量池的方法 引用

常量池、运行时常量池

存放调用该方法的pc寄存器的值

方法的结束

无论哪种方式退出，方法退出后，都会返回该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的PC计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。

异常退出的，返回地址是通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息

执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令（return）,会有返回值传递给上层的方法调用者，简称正常完成出口

本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时需要恢复上层方法的局部变量表，操作数栈，将返回值压入调用者栈帧的操作数栈，设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。

正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值

允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息，例如对程序调试提供支持的信息。不确定有，可选情况

静态链接

动态链接

方法的绑定

Java中任何一个普通方法都具备虚函数的特征（运行期确认，具备晚期绑定的特点），C++中则使用关键字virtual来显式定义

如果在java程序中，不希望某个方法拥有虚函数的特征，则可以使用关键字final来标记这个方法

虚方法和非虚方法

方法调用指令

方法重写的本质

虚方法表

例如与操作系统底层或硬件交换信息时的情况

例如启动一个线程

Java7及之前

Java8及之后

约定

安装插件后可查看

可开启打印查看方法区实现

超过最大内存将抛出OOM

初始内存大小

最大内存大小

查看当前程序运行的进程

查看JVM在gc时的统计信息

-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3

-XX:SurvivorRatio调整这个空间比例

实际是6:1:1，因为有自适应机制

Eden放不了的大对象，直接进入老年代了。

-XX:MaxTenuringThreshold=N进行设置

针对幸存者s0，s1区的总结：复制之后有交换，谁空谁是to

频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不在永久区/元空间搜集

old区也放不下，需要FullGC（MajorGC），这两GC概念还是有区别的。下面详解

GC按照内存回收区域分为

当年轻代空间不足时，就会触发MinorGC，这里的年轻代指的是Eden代满，Survivor满不会触发GC。每次MinorGC会清理年轻代的内存

因为Java对象大多朝生夕灭，所以MinorGC非常频繁

MinorGC会引发STW

指发生在老年代的GC，对象从老年代消失，我们说“MajorGC”“FullGC”发生了

出现了MajorGC，经常会伴随至少一次MinorGC

MajorGC的速度比MinorGC慢10倍以上，STW的时间更长

如果MajorGC后，内存还不足，就报OOM了

1、调用System.gc()时，系统建议执行FullGC，但是不必然执行

2、老年代空间不足

3、方法区空间不足

4、通过MinorGC后进入老年代的平均大小，大于老年代的可用内存

5、由Eden区，Survivor 0区向Survivor 1区复制时，对象的大小大于ToSpace可用内存，则把改对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象的大小

FullGC是开发或调优中尽量要避免的，这样暂停时间会短一些。

-XX:MaxTenuringThreshold

尽量避免程序中出现过多的大对象

如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄

-XX:HandlePromotionFailure

在发生Minor GC之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间，是否大于新生代所有对象的总空间

子主题

从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，包含在Eden空间中

多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们将这种内存分配方式成为快速分配策略

openjdk衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计

补充

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逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域

栈上分配

同步策略

分离对象或标量替换

元空间的本质和永久带类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于：元空间不在虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存

根据Jvm规范，如果方法区无法满足新的内存分配需求，将抛出OOM异常

-XX:MaxPermSize

JDK7及以前

JDK8及以后

它用于存储已被虚拟机加载的类型信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码缓存

jdk1.6及之前

jdk1.7

jdk1.8及之后

随着 JAVA8的到来，HotSpotVM中再也见不到永久代了，但是并不意味着类的元数据信息也消失了，这些数据被转移到了一个与堆不相连的本地内存区域，这个区域叫做元空间MetaSpace

由于类的元数据分配在本地内存中，元空间的最大可分配空间就是系统的可用内存空间

为永久代设置空间大小很难确定，在某些场景下，如果动态加载类过多，就容易产生OOM

而元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存，因此默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制

对永久代进行调优是很困难的

常量池中废弃的常量

不再使用的类型

在大量使用反射，动态代理，CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及OSGI这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力

字面量

符号引用

new

Class的newInstance

Constructor的newInstance

使用clone

使用反序列化

第三方库Objenesis

1、判断对象对应的类是否加载、链接、初始化

2、为对象分配内存

3、处理并发安全问题

4、初始化分配到的空间

5、设置对象的对象头

6、执行init方法进行初始化

包含两部分

说明：如果是数组，还需要记录数组的长度

对象的实例数据部分，是对象的真正存储的有效信息，即我们在程序代码中定义的各种类型的字段内容，无论是父类继承下来，还是子类中定义的字段都要鸡柳下来。

1、这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。
2、分配策略参数-XX:FieldsAllocationStyle
3、HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers）
4、从默认的分配策略中可以看出，相同宽度的字段总被分配到一起存放。
5、在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。
6、如果HotSpot虚拟机的+XX：CompactFields参数值为true（默认也是true），那么子类中较窄的变量也允许插入父类变量的空隙之间，以节省一点点空间。

对其填充，这并不是必然存在，没有特别的意义，它仅仅起着占位符的作用。

使用句柄，Java堆中将划出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄包含对象实例数据与类型数据各自的具体信息。

使用指针，reference中存储的直接就是对象地址，如果访问对象本身，不需要多一次的间接访问的开销。

使用句柄最大好处是reference中存放的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾搜集时会产生）时只改变句柄中实例数据指针，reference本身不用改变。

使用指针最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在Java中非常频繁，所以积少成多也是一项可观的执行成本。

HotSpot主要是用指针，进行对象访问（例外情况，如果使用Shenandoah收集器的话，也会有一次额外的转发）。

1、执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器。

2、每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址

3、当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息

JVM在执行Java代码的时候，通常会将解释执行与编译执行二者结合起来进行

各种采用二进制编码方式表示的指令，叫做机器指令码。机器语言。机器指令与CPU紧密相关，不同种类的CPU所对应的机器指令也就不同

由于机器码由01组成，可读性太差。于是人们发明了指令

指令就是把机器码特定的0和1序列，简化成对应的指令，一般为英文编写如mov，inc等，可读性稍好

由于不同的硬件平台，执行同一个操作，对应的机器码可能不同。所以不同的硬件平台的同一种指令，对应的机器码也可能不同

不同硬件平台，各自支持的指令，是有差别的。因此每个平台所支持的指令，称之为对应平台的指令集

x86指令集，对应的x86架构的平台

ARM指令集，对应的是ARM架构的平台

由于指令的可读性太差，于是又有了汇编语言

汇编语言用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号或标号，代替指令或操作数的地址。

汇编语言要翻译成机器指令码，计算机才能识别和执行

模板解释器将每一条字节码和一个模板函数相关联，模板函数直接产生这条字节码执行时的机器码，提高解释器的性能

Interpreter模块

Code模块

把.java文件转换为.class文件的过程

把字节码转为机器码的过程

Ahead of Time Compliler AOT，直接把.java文件编译器本地机器代码的过程

需要根据代码被调用执行的频率而定，需要被编译为本地代码的字节码，也称之为热点代码。

JIT编译器会在运行时针对频繁调用的热点代码做出深度优化，将其直接编译为对应平台的本地机器指令。以此提升Java程序的执行性能

一个被多次调用的方法，后者一个方法体内部循环次数较多的循环体，都可以被称之为热点代码

因此可以通过JIT编译器编译为本地机器指令，由于这种编译方法发生在方法的执行过程中，因此也被称之为栈上替换，OSR On Statck Replacement

一个方法调用都少次才能达到标准？这个依靠热点探测功能

client 

server

大多情况下简称C1,C2

-client：指定Java虚拟机在Client模式下，并使用C1编译器

-server：指定虚拟机在server模式下，并使用C2编译器