深入JVM内核--JVM运行机制

JVM启动流程

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

    • 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;
}

}

  • 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);
}

  • Java栈 – 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
  • public void method(){    
BcmBasicString str;  
  ....
}

    栈上分配，函数调用完成自动清理

  • 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);
    }
}

    JVM 参数 

    -server -Xmx10m -Xms10m

    -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

  • 输出：5

  • -server -Xmx10m -Xms10m  

    -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

  • ……

    [GC 3550K->478K(10240K), 0.0000977 secs]

    [GC 3550K->478K(10240K), 0.0001361 secs]

    [GC 3550K->478K(10240K), 0.0000963 secs]

    564

  • +DoEscapeAnalysis 启动逃逸分析，jvm优化方法局部变量在栈上分配，方法结束，栈回收。
  • Java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
    • 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); 
    } 
    }

  • 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

    • 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    

  • 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;      
        ……
    }
}
}

  • 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）
    • 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
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原文地址：https://www.cnblogs.com/dassmeta/p/5687634.html