从Java源码编译开始说起

分为三个步骤：

1：分析和输入到符号表

分析：词法和语法分析，将代码字符串转变为token序列，由token序列生产抽象语法树

输入：将符号输入到符号表，确定类的超类型和接口，添加默认构造器，将类中出现的符号输入到自身的符号表中

2：注解处理

处理用户自定义的annotation，可以自动生成代码或者进行一些特殊检查

3：语义分析和生产class文件

基于之前的抽象语法树进行语义分析

将一些名字、表达式和变量、方法这些联系到一起；检查语句可达，检查语法检查变量

之后开始生成class文件，步骤为：

1：先执行初始化块或声明属性时制定的初始值，再执行构造器里制定的初始值。

1：将静态成员初始化器收集为（）

2：将抽象语法树生成字节码，后序遍历

3：从符号表生成class文件

4：class文件中的其他东西

1：结构信息

2：元数据：源码中声明和常量的信息

3：方法信息：源码中语句与表达式的信息

综上所述：class文件是个完整的子描述文件，字节码在其中只占了很小的部分

JVM通过类加载来装载class文件

分为三个步骤：

1：装载

JVM通过类的全限定名和类加载器完成类的加载

1：通过类的全限定名找到二进制字节流

2：把其中与方法区有关的东西变成方法区的运行时数据结构

3：在堆中生成这个类的访问入口

如果是数组，数组型类中的元素类型由所在的ClassLoader负责加载，数组类由JVM直接创建

2：链接

1：对二进制字节码的格式进行校验

2：初始化类中的静态变量，赋默认值

3：解析类中调用的接口、类，确保其调用的属性、方法存在

3：初始化

在执行初始化过程之前，首先必须完成链接过程中的校验和准备阶段，解析阶段则不强制

初始化就是执行类中的静态初始化代码、构造器代码及静态属性的初始化

四种情况初始化会被触发：

1：调用了new

2：反射调用类中方法

3：子类调用初始化

4：JVM启动过程中指定的初始化类

类加载要通过ClassLoader及其子类

Bootstrap ClassLoaderL：并非ClassLoader的子类，代码中无法获取，Sun JDK启动时会初始化这个类

Extension ClassLoader：加载扩展功能的一些jar包

System Classloader：加载指定的Classpath中的jar包及目录

User-Defined ClassLoader：自行实现的ClassLoader

同一个ClassLoader实例对象中只能加载一次同样名称的Class

ClassLoader抽象类提供的关键方法

loadClass：加载指定名字的类

先从已经加载的类中寻找，没找到的话从parent ClassLoader中寻找，没有的话找System ClassLoader，最后调用findClass方法，要改变加载顺序就覆盖findClass方法

findLoadedClass：从当前ClassLoader实例对象的缓存中寻找已加载的类，调用native的方法

findClass：直接抛出ClassNotFoundException，只能以自定义的方式加载相应的类

findSystemClass：负责从System ClassLoader中寻找类，没找到就找Bootstrap ClassLoader

defineClass：负责将二进制的字节码转换成Class对象

resolveClass：负责完成Class对象的链接，如果链接过，则会直接返回

PS：JVM不允许ClassLoader直接卸载加载了的类，只有JVM才能卸载，在Sun JDK中，只有当

ClassLoader对象没用引用时，此ClassLoader对象加载到类才会被卸载

类加载方面的常见异常

1：ClassNotFoundException：在当前的ClassLoader种加载类时未找到类文件

2：NoClassDefFoundError：加载的类中引用到的另外的类不存在

3：LinkageError：此类已经在ClassLoader加载过了，重复加载

4：ClassCastException：两个A对象由不同的ClassLoader加载，如果将其中某个A对象造型成另外一个A对象，也会报出该错误

之后该类执行了

字节码解释执行

JVM在运行期对字节码进行解释并执行

invokestatic调用static方法invokevirtual调用对象实例的方法invokeinterface调用接口的方法invokespecial调用private方法和编译源码生成的<init>方法

线程创建后产生PC和栈

每个方法调用都会产生帧栈，帧栈中有局部变量区（局部变量和参数）和操作数栈（存放中间结果）

1：指令解释执行

获取下一条指令，解码并分派，然后执行

令解释执行更加高效的优化：

1：栈顶缓存：

减少寄存器和内存的交换，将操作数栈顶的值缓存在寄存器，直接在寄存器计算，然后放回操作数栈

2：部分栈帧共享：

后一方法可将前一方法的操作数栈作为当前方法的局部变量，节省数据copy的消耗

字节码编译执行

Sun JDK中对执行频率高的代码将字节码编译为机器码

C1编译器的主要优化有：

方法内联：

把调用到的方法的指令直接植入当前方法中

去虚拟化：

发现类中的方法只提供一个实现类，那么对于调用此方法的代码，也可以实现方法内联

冗余削除：

在编译时，根据运行情况进行代码折叠或削除

C2编译器的主要优化有：

重在全局优化

逃逸分析是C2很多优化的基础

一、对象被赋值给堆中对象的字段和类的静态变量。二、对象被传进了不确定的代码中去运行。如果满足了以上情况的任意一种，那这个对象JVM就会判定为逃逸。

标量替换：

用标量替换聚合量，如果创建的对象并未用到其中的全部变量，则可以节省一定的内存

栈上分配：

如果p变量没有逃逸，就在栈上直接创建Point对象实例，而不是在堆中，这样快速，且方法结束时对象可以一起回收

同步削除：

如果JVM通过逃逸分析，发现一个对象只能从一个线程被访问到，则访问这个对象时，可以不加同步锁。如果程序中使用了synchronized锁，则JVM会将synchronized锁消除。

PS：还有个OSR编译器只替换循环代码体的入口

用计数器权衡未编译期间解释执行方式速度

调用计数器

即方法被调用的次数

回边计数器

方法中循环执行部分代码的执行次数

一些阈值

CompileThreshold：指方法被调用多少次后，被编译为机器码

OnStackReplacePercentage：默认情况下client模式时为933，server模式下为140，方法上的回边计数器到达这个值时，触发后台的OSR编译

反射执行

编写时无法知道实现类，但通过反射机制去调用实现类中的execute方法

动态生成字节码，加载到JVM中执行

JVM内存管理

Sun JDK将内存空间划分为方法区、堆、本地方法栈、PC寄存器和JVM方法栈

方法区

存放的有：要加载的类的信息、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息

堆

存储对象实例及数组值，在32位操作系统上最大为2GB

新生代

大多数情况下Java程序中新建的对象都从新生代分配内存

TLAB

Eden Space上有一块TLAB，默认为Eden Space的1%，分配内存时不需要加锁，高效

PS：联想到基于逃逸分析的栈上分配

老年代

用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，例如缓存对象

也可能新建的对象在老年代上分配内存，比如大对象、大的数组对象

本地方法栈

支持native方法执行，存储每个native方法调用的状态

PC寄存器和JVM方法栈

每个线程都会创建PC寄存器和JVM方法栈

PC寄存器可能栈用CPU寄存器或操作系统内存

JVM方法栈占用操作系统内存，为线程私有，内存分配高效，运行完毕后释放

JVM内存回收

1：引用计数收集器

2：跟踪收集器

复制

标记-清除

标记-压缩

可用的GC

谈谈回收老年代和持久代对象吧

1：串行

基于标记-清除-整理实现

三个阶段：

1：从根集合对象开始扫描，三色着色法标识对象

2：遍历整个老年代或持久代空间，找出未标识的对象，回收内存

3：滑动压缩，把存活的都滑动到开始处

2：并行

采用标记-整理实现

三个阶段：

1：将代空间划分为并行线程个数的regions，根据根集合可直接访问到的对象以及并行线程个数进行划分，并行进行三色着色，当对象被着色时，更新其所在region存活的大小以及存活对象所在位置

2：分析判断适合压缩移动的region

3：并行进行对象移动和region回收

3：并发

采用标记-清除方式

CMS执行的扫描、着色和清除步骤如下：

1：第一次标记

扫描从根集合对象到老年代中国可直接访问的对象

2：并发标记

3：重新标记

4：并发收集

i-CMS模式，CMS仅启动一个处理器线程来并发扫描标记和清除，并且线程在执行一小段时间后会先将CPU使用权让出来，分多次多段的方式完成整个扫描标记和清除的过程

CMS提供了一个整理碎片的功能：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

Full GC

被触发时，首先按照新生代所配置的GC方式对新生代进行GC

然后按照旧生代的GC方式对旧生代、持久代进行GC

执行的情况有四种：

1：老年代空间不足

2：永久代空间满

3：CMS GC时出现promotion failed（对象太大，连老年代也放不下）和concurrent mode failure（CMS过程中有对象要放入老年代，而此时老年代空间不足）

4：统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间

选择GC组合的参数

Sun JDK提供了两种简单的方式帮助选择

1：吞吐量优先

-XX:GCTimeRatio=n

2：暂停时间优先

-XX:MaxGCPauseMillis=n

Real-Time JDK

1：新的内存管理机制

immortal内存区：用于保存永久的对象

Scoped内存区，用于保留临时的对象

均不受GC管理

2：运行Java应用直接访问物理内存

JVM内存状况查看方法和分析工具

1：输出GC日志

2：GC Portal

3：JConsole：图形化查看JVM中内存的变化状况

4：JVisualVM：查看内存的消耗情况、线程的执行情况及程序中消耗CPU、内存的动作

5：JMap：分析JVM内存状况

6：JHat：分析jvm堆dump文件

7：JStat：统计分析JVM运行状况的工具

8：Eclipse Memory Analyzer：分析jvm堆dump文件的插件

JVM线程资源同步及交互机制

线程资源同步

线程对working memory 操作的指令由线程发出，分为use、assign、load、store、lock和unlock

对main memory的操作的指令由线程执行引擎发出，分为read、write、lock和unlock

操作指令含义

use：将变量的值从working memory中复制到线程执行引擎中

assign：将变量值复制到线程的working memory中

load：将main memory中read到的值复制到working memory中

store：将变量的值从working memory中复制到main memory中，等待main memory的write动作

read：由main memory发起，从main memory中读取变量的值

write：由main memory发起，将working memory的值写入到main memory中

lock：同步操作main memory，给对象加上锁

unlock：同步操作main memory，给对象去除锁

线程交互机制

典型的连接池

return方法：将连接返回到缓存列表中，将可使用的连接数+1

get方法：判断可用连接数到0后，进入等待状态

JVM提供的方式

wait方法：让当前线程进入等待状态，等待通知或者到达指定时间

notify方法：随即找wait此Object的一个线程

notifyAll方法：通知wait此Object的所有线程

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