《深入理解Java虚拟机》笔记二

大部分内容都是《深入理解Java虚拟机上的内容》的总结，少部分内容是来自于网上或者自己的理解。读完应该会把没笔记的markdown文件放在github上。

本部分笔记对应的是《深入理解Java虚拟机》第四章，第五章和第六章。

虚拟机性能监控和故障处理工具

命令行工具

名称

主要作用

jps

JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有HotSpot虚拟机进程

jstat

JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机个方面运行数据

jinfo

Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息

jmap

Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）

jhat

JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器让用户可以在浏览器上查看分析结果

jstack

Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

可视化工具

• JConsole
• VisualVM

调优案例分析与实战

通过64位JDK来使用内存

• 内存回收导致长时间的停顿
• 相同程序在64位JDK消耗的内存一般比32位的大，由于指针膨胀，数据类型对齐等原因

使用若干个32位虚拟机建立逻辑集群来利用硬件资源

• 节点的全局竞争，磁盘竞争
• 很难高效的利用某些资源池
• 受到32位的内存限制
• 大量的使用本地缓存

垃圾回收时，虚拟机虽然会对Direct Memory进行回收，但是Direct Memory却不能向新生代，老年代那样，发现空间不足就通知收集器进行垃圾回收，它只能等待老年代满了后发生Full GC，然后帮它清理掉内存的废弃对象，否者它只能抛出内存溢出异常。

类文件结构

Class文件结构

各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式——字节码（ByteCode）

实现语言无关性的基础是虚拟机和字节码存储格式，Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件有所关联，Class文件中包括了Java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。

Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在Class文件之中，当遇到占用8字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。中间没有分隔符，所以Class文件内容都是被严格限定的。

Class文件中结构只有两个类型--无符号和表

无符号

基本的数据类型，u1,u2,u4,u8表示1个字节，2个字节，4个字节，8个字节的无符号数

表

由多个无符号数或者其他表作为数据结构项构成复合数据数据类型，表都是习惯性以_info结尾。整个Class文件本质上就是一张表

类型	名称	数量	说明
u4	magic	1	魔术 0xCAFEBABE
u2	minor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	主版本号
u2	constant_pool_count	1	常量池容量计数值
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1	访问标志
u2	this_class	1	类索引
u2	super_class	1	父类索引
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count	接口索引集合
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count	字段表集合
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count	方法表集合
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count	属性表集合

字节码指令

Java虚拟机的指令由一个字节长度的，代表着某种特定操作含义的数据（称为操作码，Opcode）以及跟随后的零至多个代表此操作所需参数（称为操作数，Operands）而构成。类似于机器指令，在属性表集合中的Code属性中。Java的操作码只有1个字节长度。

操作码助记符

i代表int类型数据操作，l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，d代表double，f代表float，a代表reference。**

加载和存储指令

• 将一个局部变量加载到操作栈 <操作码助记符>load。
• 将一个数值从操作栈存储到局部变量表 <操作码助记符>store
• 将一个常量加载到操作栈，bipush，sipush，ldc，ldc_w, ldc2_w, aconst_null, iconen_m1, iconst__, lconst_<l>, fconst__<f>, dconst__<d>,
• 扩充局部变量表的访问索引指令，wide
• 把一个数组元素加载到操作数栈的指令，<操作码助记符>aload
• 将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令，<操作码助记符>astore

运算指令符

• 加法指令，<操作码助记符>add
• 减法指令，<操作码助记符>sub
• 乘法指令，<操作码助记符>mul
• 除法指令，<操作码助记符>div
• 求余指令，<操作码助记符>rem
• 取反指令，<操作码助记符>neg
• 位移指令，ishl, ishr, iushr, lshl, lshr, lushr
• 按位或指令，ior, lor
• 按位与指令，iand, land
• 按位异或指令，ixor, lxor
• 局部变量自增指令，iinc
• 比较指令，dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp

非正规浮点数值， 逐级下溢

类型转换指令

i2b, i2c, i2s,

l2i,

f2i,f2l,

d2i,d2l,d2f

对象创建与访问指令

• 创建类实例的指令 new
• 创建数组的指令 newarray，anewarray，multianewarray
• 访问类字段和实例字段，getfield，putfield，getstatic，putstatic
• 获取数组长度的指令，arraylength
• 检查类实例类型的指令，instanceof，checkcast

操作数栈管理指令

• 将操作数的栈顶一个或者儿歌元素出栈，pop，pop2
• 复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份复制值重新压入栈顶，dup，dup2，dup_x1,dup2_x1,dup_x2,dup2_x2
• 将栈最顶端的两个数值互换 swap

控制转移指令

• 条件分支， ifeq, iflt, ifle, ifne, ifgt, ifge, ifnull, ifnonnull, if_icmpeq, if_icmpne, if_icmplt, if_icmpgt, if_icmple,if_icmpge, if_acmpeq 和if_acmpne
• 复合条件分支， tableswitch，lookupswitch
• 无条件分支，goto，goto_w，jsr，jsr_w，ret

方法调用和返回指令

方法调用

• invokevirtual，调用对象的实例方法
• invokeinterface, 调用接口方法，它会在运行时，搜索一个实现了这个接口方法的对象
• invokespecial，调用一些需要特殊处理的实方法，如实例初始化方法，实例私有方法或父类方法
• invokestatic，调用类方法
• invokedynamic，在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法

返回指令

• 返回null，return
• 返回类型，<操作码助记符>return

异常处理指令

在java程序中都是有athrow指令实现。在java虚拟机中有异常表实现

同步指令

Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步，这个两种同步结构都是使用管程实现

方法级的同步，是隐式的。通过方法表中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志来申明是否为同步方法。如果是，执行线程要求先成功持有管程，然后在执行方法，执行完之后释放管程。

同步一段指令序列通常由synchronize语句块，由monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronize关键字的语义。