整理关于JVM方面的知识点

 
本周开发任务基本完成，整理下关于JVM方面的知识点

照顾下新来JE的同学，先发个链接到两位大牛的主页 
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      目录

•     1）概述
     
•     2）编译
     
•     3）Class文件结构
　　  
•     4）通过ClassLoader加载Class
     
•     5）类执行机制
     
•     6）运行时数据区
     
•     7）垃圾回收相关
      
•     8）多线程
     
•     9）故障检测工具及命令
     
•     10）其他
 

       1) 概述

            1.1) 引用一张官网的图阐明JDK、JRE、JVM、JIT的关系(如下图所示)，我们可以看见JDK>JRE>JVM>JIT，JIT分为client模式和server模式两种，代码如果执行频率过高就会被JIT编译器转换成二进制执行，JVM是JAVA跨平台的依赖，JVM在不同平台中开辟一块属于自己的内存，独立运行自己的任务，JRE除了包含JVM以外，还包括SUN开发出来的接口与实现方便程序猿们利用JAVA语言开发，除了需要了解开放的部分Code以外，我们通常需要熟悉核心的API来满足我们开发的需求，JDK除了包含JRE还包括一些自带的命令，如将JAVA代码转换成class文件的javac命令、执行class文件的java命令、将注解变成API的javadoc命令、反编译javap、将java文件转换成jar包的jar命令，以及一些故障检测工具和命令等等.....     

 

 
                   1.2)  虚拟机的规范与实现，JAVA语言提供了虚拟机的规范，各大厂商提供了JVM的实现，目前我们使用最多的是原Sun的Hotspot虚拟机，提供JDK7的最新JVM规范http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/jvms7.pdf

 
 

                   1.3) JVM的标准结构，宏观认识下JVM的组成架构，如图

                     1.4) 一些疑问...

                           1.4.1 ) JAVA API已经封装的很好了，而且对象也不需要我们手动回收，为什么需要了解JVM方面知识？

                           个人看法:了解、熟悉JVM可以帮助我们在编码过程中注意内存分配、提高代码执行性能、保证并发量很高的时线程安全、合理的解决复杂的需求、调优、搭建应用服务器架构、服务器宕机、内存溢出时候可以快速让我们定位到问题并解决。

                                        1.4.2 ) 如何看待并学习JVM？

                            个人看法:和学习其他知识相同，掌握如何使用基础上要了解其原理，如果把JDK的API看成提供给用户的使用手册，那么JVM相关规范就是开发人员的文档，JVM方面知识有些杂、并且比较深，国内在R和F的带动下已经有很多同学意识到这方面的重要性，个人建议学习这方面知识点可以理论与实际相结合，循序渐进，当然我自己也是个才入门的新手 (*^__^*)  

        2)  编译

             JDK的编译实现是用JAVAC来实现的，如下图所示，编译过程是编译器如何优化是编译器和JAVAC考虑的问题，因此文档和学习资料也比较少。

 

           3)  Class文件结构

                 3.1)  Class文件结构包含什么？

                        1)  Class文件格式版本号

                        2)  类/继承癿超类/ 实现癿接口癿声明信息

                        3)  域和方法声明的信息

                        4)  常量池

                        5)  字节码

                        6)  异常处理表

                        7)  操作数栈与局部变量区的大小

                        8)  StackMapTable

                        9)  .....

                       3.2)  虚拟机规范支持的数据类型。如下图所示

 

 

                     3.3)  Class文件指令，如下图所示

对应的JAVA代码为

 

 

 

 

 

 

 

 test方法中对应指令解释

  0:iconst_0                //定义常量0，放入操作数栈 

  1:istore_1                //弹出栈顶放入局部变量区

  2:iload_1                 //将变量存入i中

  3:bipush 100           //将100放入操作数栈

  5:if_icmpge              //i与100比较

  8:getstatic               //获取静态方法

  11:i_load1               //加载变量i

  12:invokevirtual      //调用PrintStream对象的print方法输出i

  15:iinc  1,1              //将变量i自加

  18:goto 2               //跳转到第二行

   return                    //返回

 

                     3.4) 虚拟机字节码调用方法相关指令集

                   invokevirtual       调用普通方法

                   invokestatic        调用静态方法

                   invokespecial     调用构造方法

                   invokeinterface   调用接口的方法

                        invokedynamic（JDK7） 动态字节码指令 http://icyfenix.iteye.com/blog/1392441

       

    4） 通过ClassLoader加载Class

              4.1) ClassLoader的层次关系

 

启动： jdk/lib目录 Xbootclasspath指定jar包  系统： classpath所指目录与jar包 Djava.class.path所指目录与jar包    自定义：运行期ClassLoader子类动态加载class文件     扩展：jdk/lib/ext目录Djava.ext.dirs指定jar包

                  4.2) Class的链接

                           4.2.1) 校验Class，可能会抛出的异常

                                  1) 当不符合JVM的Class规范的时候会抛出来VeriftError异常

                                  2) 当引用类不存在的时候会出现NoClassDefFoundError异常

                                  3) 变量不存在的时候会出现NoSuchFiledError异常

                                  4) 方法不存在会出现NoSuchMethod异常

                    4.2.2) 在连接过程中会初始化静态变量

             4.3) Class的初始化时间

                    1) JVM指定初始化内容

                    2) new出来的对象

                    3) 反射

                    4)子类初始化

                    5) 调用对象的静态变量或者静态方法

                    6) .....

             4.4) 初始化内容

                     1) 静态代码块

                     2) 构造方法

                     3) 类变量

        5) 类执行的机制

           5.1) JVM有两种执行方式，分别为解释执行和编译执行，解释执行直接执行字节码文件，编译执行先将字节码转成机器码，然后再执行，编译执行的效率要比解释执行的高，通常当代码被编译的“热度”到一定程度后会变成编译执行。如下图所示

 

                5.2) 编译执行依赖于JIT编译器，JAVA为我们提供了Client模式和Server模式，Client模式做了少量的优化（方法内联、去虚拟化、冗余消除），Server的模式做了大量的优化（逃逸分析、标量替换、栈上分配、同步消除）

       6） 运行时数据区

           6.1）JAVA运行期内存如图所示

           

            6.2） 堆内存

                 6.2.1）堆内存包含什么？

                      堆内存中包括了新生区和养老区、新生区中包括了一块伊甸区和两块幸存者区，其中养老区和新生区的比例大概是4:1，可以通过-XX:NewRatio来设置比例大小，老年代中包含了CodeCache区域，对于调用比较频繁的空间会放入其中，新生区中的伊甸区默认情况下与幸存者区的大小比例为8:1:1，可以通过-XX:SurvivorRatio来设置其比例大小

                 6.2.2）堆内存的特性有什么？

                       堆内存是线程公有的

                 6.2.3）有可能会产生JavaHeapSpace异常的原因？

                       1）集合类对象太大

                       2）内存泄露

                       3）方法太长

                       4）.....

           6.3） 虚拟机栈

                   6.3.1）栈与方法调用栈

                        每个方法都有一个方法调用栈，该栈不会与其他线程共享，每次调用一个方法的时候都会产生一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区、操作数栈、常量的引用等等。

                   6.3.2）虚拟机栈为线程私有，每个用户请求都会对应至少一个线程响应

                   6.3.3）线程的大小通过-XSS来设置

　                6.3.4）如果循环太多会导致StackOverFlowError异常

            6.4） 方法区

                    6.4.1）方法区也线程共享的，主要存放的是Class文件信息，如果反射太多会出现PermSpaceError异常

       7）垃圾回收

         7.1）GC回收算法

             1）引用计数法，顾名思义，给每个对象加上一个计数器的属性，每有一个引用则将其加1，如果引用数量小于等于0则此对象可以回收

             2）标记清除算法，垃圾回收分两个阶段，第一次遍历标记对象可回收，第二次遍历进行GC，这样不好的地方会导致内存碎片

             3）复制算法，将内存等分，初次遍历将存活对象放入另外一块内存，之后将使用内存全部清除，这样不好的地方会引起内存浪费

             4）标记整理算法，将使用对象移向一端，之后清除全部其他对象，=

             5）目前JAVA虚拟机采用的大多数为年轻代分区使用复制算法，由于很多对象存活期很多，所以伊甸区和幸存者区的比例可以相差较大，养老区使用的是标记整理算法。

          7.2）垃圾回收器

             1）Serial收集器，单线程的收集器，特点简单高效、回收时候回停止服务

             2）ParNew收集器，Serial收集器的多线程版本

             3）ParallelScavenge收集器，采用复制算法的多线程收集器

             4）Serial Old收集器，Serial收集器的Old版本

             5）CMS收集器基于标记清除算法实现的，可以提供最短的停顿时间

 

        

                    未完待续

评论

8 楼 djl_cp 2012-02-23  

楼主很强大，拿走了。。。

7 楼 ben.meng 2012-02-23  

太好了,正好想看看这方面的,谢谢

6 楼 easy0917 2012-02-23  

受益良多 ！

5 楼 小乙静流 2012-02-23  

抽时间看看，确实不是很通透

4 楼 程序新手 2012-02-23  

谢谢各位，今天如果把工作做好基础上还有时间，继续写些

3 楼 leixbo 2012-02-23  

整理很好啊。。。。。

2 楼 宋建勇 2012-02-23  

受教了，真是很不错的东西啊，以前就知道代码写出来了，可以执行就行了，却不知道里面的原理，糊里糊涂的

1 楼 bneliao 2012-02-22  

整理真全面