《深刻理解Java虛擬機》筆記二

大部份內容都是《深刻理解Java虛擬機上的內容》的總結，少部份內容是來自於網上或者本身的理解。讀完應該會把沒筆記的markdown文件放在github上。

本部分筆記對應的是《深刻理解Java虛擬機》第四章，第五章和第六章。

虛擬機性能監控和故障處理工具

命令行工具

名稱

主要做用

jps

JVM Process Status Tool，顯示指定系統內全部HotSpot虛擬機進程

jstat

JVM Statistics Monitoring Tool，用於收集HotSpot虛擬機個方面運行數據

jinfo

Configuration Info for Java，顯示虛擬機配置信息

jmap

Memory Map for Java，生成虛擬機的內存轉儲快照（heapdump文件）

jhat

JVM Heap Dump Browser，用於分析heapdump文件，它會創建一個HTTP/HTML服務器讓用戶能夠在瀏覽器上查看分析結果

jstack

Stack Trace for Java，顯示虛擬機的線程快照

可視化工具

• JConsole
• VisualVM

調優案例分析與實戰

經過64位JDK來使用內存

• 內存回收致使長時間的停頓
• 相同程序在64位JDK消耗的內存通常比32位的大，因爲指針膨脹，數據類型對齊等緣由

使用若干個32位虛擬機創建邏輯集羣來利用硬件資源

• 節點的全局競爭，磁盤競爭
• 很難高效的利用某些資源池
• 受到32位的內存限制
• 大量的使用本地緩存

垃圾回收時，虛擬機雖然會對Direct Memory進行回收，可是Direct Memory卻不能向新生代，老年代那樣，發現空間不足就通知收集器進行垃圾回收，它只能等待老年代滿了後發生Full GC，而後幫它清理掉內存的廢棄對象，否者它只能拋出內存溢出異常。

類文件結構

Class文件結構

各類不一樣平臺的虛擬機與全部平臺都統一使用的程序存儲格式——字節碼（ByteCode）

實現語言無關性的基礎是虛擬機和字節碼存儲格式，Java虛擬機不和包括Java在內的任何語言綁定，它只與「Class文件」這種特定的二進制文件有所關聯，Class文件中包括了Java虛擬機指令集和符號表以及若干其餘輔助信息。

Class文件是一組以8位字節爲基礎單位的二進制流，各個數據項目嚴格按照順序緊湊地排列在Class文件之中，當遇到佔用8字節以上空間的數據項時，則會按照高位在前的方式分割成若干個8位字節進行存儲。中間沒有分隔符，因此Class文件內容都是被嚴格限定的。

Class文件中結構只有兩個類型--無符號和表

無符號

基本的數據類型，u1,u2,u4,u8表示1個字節，2個字節，4個字節，8個字節的無符號數

表

由多個無符號數或者其餘表做爲數據結構項構成複合數據數據類型，表都是習慣性以_info結尾。整個Class文件本質上就是一張表

類型	名稱	數量	說明
u4	magic	1	魔術 0xCAFEBABE
u2	minor_version	1	次版本號
u2	major_version	1	主版本號
u2	constant_pool_count	1	常量池容量計數值
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1	訪問標誌
u2	this_class	1	類索引
u2	super_class	1	父類索引
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	屬性表集合

字節碼指令

Java虛擬機的指令由一個字節長度的，表明着某種特定操做含義的數據（稱爲操做碼，Opcode）以及跟隨後的零至多個表明此操做所需參數（稱爲操做數，Operands）而構成。相似於機器指令，在屬性表集合中的Code屬性中。Java的操做碼只有1個字節長度。

操做碼助記符

i表明int類型數據操做，l表明long，s表明short，b表明byte，c表明char，d表明double，f表明float，a表明reference。**

加載和存儲指令

• 將一個局部變量加載到操做棧 <操做碼助記符>load。
• 將一個數值從操做棧存儲到局部變量表 <操做碼助記符>store
• 將一個常量加載到操做棧，bipush，sipush，ldc，ldc_w, ldc2_w, aconst_null, iconen_m1, iconst__, lconst_<l>, fconst__<f>, dconst__<d>,
• 擴充局部變量表的訪問索引指令，wide
• 把一個數組元素加載到操做數棧的指令，<操做碼助記符>aload
• 將一個操做數棧的值存儲到數組元素中的指令，<操做碼助記符>astore

運算指令符

• 加法指令，<操做碼助記符>add
• 減法指令，<操做碼助記符>sub
• 乘法指令，<操做碼助記符>mul
• 除法指令，<操做碼助記符>div
• 求餘指令，<操做碼助記符>rem
• 取反指令，<操做碼助記符>neg
• 位移指令，ishl, ishr, iushr, lshl, lshr, lushr
• 按位或指令，ior, lor
• 按位與指令，iand, land
• 按位異或指令，ixor, lxor
• 局部變量自增指令，iinc
• 比較指令，dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp

非正規浮點數值， 逐級下溢

類型轉換指令

i2b, i2c, i2s,

l2i,

f2i,f2l,

d2i,d2l,d2f

對象建立與訪問指令

• 建立類實例的指令 new
• 建立數組的指令 newarray，anewarray，multianewarray
• 訪問類字段和實例字段，getfield，putfield，getstatic，putstatic
• 獲取數組長度的指令，arraylength
• 檢查類實例類型的指令，instanceof，checkcast

操做數棧管理指令

• 將操做數的棧頂一個或者兒歌元素出棧，pop，pop2
• 複製棧頂一個或兩個數值並將複製值或雙份複製值從新壓入棧頂，dup，dup2，dup_x1,dup2_x1,dup_x2,dup2_x2
• 將棧最頂端的兩個數值互換 swap

控制轉移指令

• 條件分支， 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
• 複合條件分支， tableswitch，lookupswitch
• 無條件分支，goto，goto_w，jsr，jsr_w，ret

方法調用和返回指令

方法調用

• invokevirtual，調用對象的實例方法
• invokeinterface, 調用接口方法，它會在運行時，搜索一個實現了這個接口方法的對象
• invokespecial，調用一些須要特殊處理的實方法，如實例初始化方法，實例私有方法或父類方法
• invokestatic，調用類方法
• invokedynamic，在運行時動態解析出調用點限定符所引用的方法

返回指令

• 返回null，return
• 返回類型，<操做碼助記符>return

異常處理指令

在java程序中都是有athrow指令實現。在java虛擬機中有異常表實現

同步指令

Java虛擬機能夠支持方法級的同步和方法內部一段指令序列的同步，這個兩種同步結構都是使用管程實現

方法級的同步，是隱式的。經過方法表中的ACC_SYNCHRONIZED訪問標誌來申明是否爲同步方法。若是是，執行線程要求先成功持有管程，而後在執行方法，執行完以後釋放管程。

同步一段指令序列一般由synchronize語句塊，由monitorenter和monitorexit兩條指令來支持synchronize關鍵字的語義。