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深入理解Java虛擬機總結

基礎了解
Java 程序的執行過(guò)程:Java 源代碼文件(.Java文件)-> Java Compiler(Java編譯器)->Java 字節碼文件(.class文件)->類(lèi)加載器(Class Loader)->Runtime Data Area(運行時(shí)數據)-> Execution Engine(執行引擎)
各種基本類(lèi)型:boolean、byte、char、short、int、float、long、double;
對象引用:reference類(lèi)型 不等于對象本身,可能是對象的句柄也可能對象的引用指針
局部變量默認沒(méi)有初始值,不賦值是不可以使用的。和類(lèi)變量(默認是有的)不一樣;
額外了解:插入式注解處理器:需要繼承AbstractProcessor;
內存管理機制
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本地方法棧和虛擬機棧有的虛擬機是不分的;
jvm各個(gè)區域的概要
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對象訪(fǎng)問(wèn)定位
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句柄優(yōu)勢:reference本身不需要修改,只會(huì )改變句柄中的實(shí)例數據指針

直接指針訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)勢:最大好處速度快。節省了一次指針定位的開(kāi)銷(xiāo);

HotSpot采用此方式

對象的布局
3個(gè)區域:對象頭(Header)、實(shí)例數據(Instance Data)和對齊填充(Padding)

header:(官方稱(chēng) Mark Word)運行時(shí)數據,入哈希碼(HashCode)、GC分代年齡 鎖狀態(tài)標識

Instance Data:類(lèi)型指針,既對象只想他的類(lèi)元數據的指針;

Padding:因為對象的大小必須是8字節的整數倍。如果數據沒(méi)有對齊。需要Padding來(lái)補全

垃圾收集器與內存分配策略
主要思考的問(wèn)題:
標記-那些內存(那些死,那些活著(zhù))需要回收?
什么時(shí)候回收?
如何回收?

標記概要
標記算法
1)引用計數法(不能用):每當一個(gè)地方引用它時(shí),計數器+1,引用失效時(shí),計數器-1,任何時(shí)刻計數器為0的對象就是不可能在被使用

java沒(méi)有用 最主要的原因很難解決對象之間互相循環(huán)引用的問(wèn)題;
**> public class ReferenceCountingGC {

public Object instance=null;
public static void main(String[] args) {
    ReferenceCountingGC objA=  new ReferenceCountingGC();
    ReferenceCountingGC objB=  new ReferenceCountingGC();
    objA.instance=objB;
    objB.instance=objA;
    objA=null;
    objB=null;
}

}**

2)可達性分析算法:
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Java 語(yǔ)言中,可作為GC Roots的對象包括下面幾種;
虛擬機棧中(棧幀中的本地變量表)的引用對象
方法區中類(lèi)靜態(tài)屬性引用對象
方法區中類(lèi)常量引用對象
本地方法棧JNI引用的對象

四種引用
引用分為四種 強,軟,弱,虛四種 強度依次減弱
強引用:類(lèi)似Object obj=new Object() 這類(lèi)引用,只要強引用還在,垃圾收集器就永遠不會(huì )回收被引用的對象;
軟引用:用來(lái)描述一些還有用但并未必須的對象。內存溢出異常之前,會(huì )把這些對象列入回收范圍之內進(jìn)行二次回收。如果回收后還沒(méi)有足夠的內存這回OOM;
弱引用:用來(lái)描述非必須的對象。若引用關(guān)聯(lián)的對象只能活到下一次垃圾回收之前;
虛引用:唯一目的對象被回收時(shí)收到一個(gè)系統通知

不可達對象的最后歷程
總結:finalize()方法不執行或者只能執行一次

不可達對象,也并非”非死不可” 這時(shí)候是在緩刑階段。要真正宣告死亡,至少要經(jīng)理兩次標記過(guò)程。
如果對象進(jìn)行可達性分析后發(fā)現沒(méi)有GC Roots相關(guān)聯(lián)的引用鏈,會(huì )被第一次標記并且進(jìn)行一次篩選,篩選條件是此對象是否有必要執行finalize()方法。
對象沒(méi)有覆蓋finalize方法(逃脫命運的最后機會(huì )),或者finalize()方法被虛擬機掉用過(guò)(只能執行一次),虛擬機將這兩種情況都視為”沒(méi)有必要執行”
如果被判定有必要執行,那么對象會(huì )放置叫一個(gè)F-Queue的隊列之中,并且稍后虛擬機自動(dòng)建立Finalize線(xiàn)程去執行它既f(wàn)inalize方法
但并不承諾會(huì )等待他運行結束,怕死循環(huán)或者運行緩慢。finalize方法是逃脫命運的最后機會(huì ),如果沒(méi)有逃脫就真的被回收了;

垃圾收集算法

標記-清除算法(基礎算法,剩下的都是基于它的不足而進(jìn)行改進(jìn)的)
標記:標記所有需要回收的對象

清除:統一回收所有被標記的對象

不足1:效率問(wèn)題,標記和清除效率都不高;
不足2:空間問(wèn)題,產(chǎn)生大量的不連續的內存碎片
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復制(Copying)算法
內存容量劃分兩個(gè)大小相等的兩塊,每次使用其中的一塊。這塊用完了復制存活的對象到另一塊,在把這塊清理掉

不足:代價(jià)太高 把內存縮小為原來(lái)的一半;

現代的商用虛擬街都采用這種算法來(lái)回收新生代;因為新生代都是 朝生暮死 所以不需要1:1來(lái)劃分
而將內存分為一塊較大的Eden 和兩個(gè)較小的Survivor 默認大小比;8:1, 每次新生代中可用的內存空間是整個(gè)新生代容量的90=(Eden+Survivor),
“浪費” 10 因為沒(méi)辦法保證回收只有不多于10的存活,Survivor空間不夠需要老年代進(jìn)行 擔保;
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標記-整理(Mark-Compact)算法(老年代常用)
標記和以前一樣,后續步驟不是直接回收,而是存活對象向一端移動(dòng),然后清理邊界以外的內存;
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分代收集算法
根據對象存活周期將內存劃分不同的幾塊。一般堆分為 新生代 和老年代。這樣根據年代的特點(diǎn)采用最適當的收集算法

新生代:少量存活 選擇復制算法

老年代:存活率高,沒(méi)有額外空間擔保,必須使用 標記清理 或者標記整理;
GC會(huì )產(chǎn)生停頓(Sun也叫它 “Stop The World”),OoMap 存放著(zhù)GC Roots,不是每條指令都生成一個(gè)。

不是任何時(shí)都能停下來(lái)進(jìn)行 GC ,只有在 “特定的位置” 才可以GC 這個(gè)位置也叫安全點(diǎn)(Safepoint)

安全點(diǎn)的選定基本上是以程序”是否具有讓程序長(cháng)時(shí)間執行的特征”為標準選定的

關(guān)于安全點(diǎn)另一個(gè)需要考慮的就是如何在GC發(fā)生的時(shí)讓所有線(xiàn)程都”跑”到最近的安全點(diǎn)上在停下來(lái);有兩種方案

搶先式中斷(Preemptive Suspension)(現在幾乎都這種方案):不需要線(xiàn)程的執行代碼主動(dòng)配合,GC發(fā)生時(shí)候先把線(xiàn)程全部中斷,如果有線(xiàn)程不在安全點(diǎn),就回復線(xiàn)程讓它跑到安全點(diǎn)。

主動(dòng)式中斷(Voluntary Suspension):當GC需要中斷線(xiàn)程的時(shí)候,不對線(xiàn)程造作,僅僅簡(jiǎn)單地設置一個(gè)標志位,各個(gè)線(xiàn)程執行的時(shí)候主動(dòng)去輪詢(xún)這個(gè)標志位,發(fā)現中斷標志位真就掛起,輪詢(xún)標志的地方安全點(diǎn)重合。
而對于不執行的線(xiàn)程,任何時(shí)間都是安全的也稱(chēng)為安全區;

垃圾收集器

7種垃圾收集器的介紹
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G1收集器因為沒(méi)有商用的就不寫(xiě)了;

Serial:單線(xiàn)程收集器,在進(jìn)行垃圾收集時(shí),必須要暫停其他所有的工作線(xiàn)程,直到它收集結束。

需要STW(Stop The World),停頓時(shí)間長(cháng)。

簡(jiǎn)單高效,對于單個(gè)CPU環(huán)境而言,Serial收集器由于沒(méi)有線(xiàn)程交互開(kāi)銷(xiāo),可以獲取最高的單線(xiàn)程收集效率。

ParNew:是Serial的多線(xiàn)程版本,除了使用多線(xiàn)程進(jìn)行垃圾收集外,其他行為與Serial完全一樣

Tips:1.Server模式下虛擬機的首選新生收集器,與CMS進(jìn)行搭配使用。

Parallel Scavenge:目標是達到一個(gè)可控制的吞吐量,吞吐量 = 運行用戶(hù)代碼時(shí)間 / (運行用戶(hù)代碼時(shí)間 + 垃圾收集時(shí)間),高吞吐量可以高效率地利用CPU時(shí)間,盡快完成程序的運算任務(wù),主要適合在后臺運算而不需要太多交互的任務(wù),并且虛擬機會(huì )根據當前系統的運行情況收集性能監控信息,動(dòng)態(tài)調整這些參數以提供最合適的停頓時(shí)間或者最大的吞吐量,這種調節方式稱(chēng)為GC自適應調節策略。
Serial Old:老年代的單線(xiàn)程收集器,使用標記 - 整理算法,
Parallel Old:老年代的多線(xiàn)程收集器,使用標記 - 整理算法,吞吐量?jì)?yōu)先,適合于Parallel Scavenge搭配使用

CMS(Conrrurent Mark Sweep)收集器是以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標的收集器。使用標記 - 清除算法,收集過(guò)程分為如下四步:
初始標記,標記GCRoots能直接關(guān)聯(lián)到的對象,時(shí)間很短。
并發(fā)標記,進(jìn)行GCRoots Tracing(可達性分析)過(guò)程,時(shí)間很長(cháng)。
重新標記,修正并發(fā)標記期間因用戶(hù)程序繼續運作而導致標記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對象的標記記錄,時(shí)間較長(cháng)。
并發(fā)清除,回收內存空間,時(shí)間很長(cháng)。
其中,并發(fā)標記與并發(fā)清除兩個(gè)階段耗時(shí)最長(cháng),但是可以與用戶(hù)線(xiàn)程并發(fā)執行
Tips:1. 對CPU資源非常敏感,可能會(huì )導致應用程序變慢,吞吐率下降。

無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾,因為在并發(fā)清理階段用戶(hù)線(xiàn)程還在運行,自然就會(huì )產(chǎn)生新的垃圾,而在此次收集中無(wú)法收集他們,只能留到下次收集,這部分垃圾為浮動(dòng)垃圾,同時(shí),由于用戶(hù)線(xiàn)程并發(fā)執行,所以需要預留一部分老年代空間提供并發(fā)收集時(shí)程序運行使用。

由于采用的標記 - 清除算法,會(huì )產(chǎn)生大量的內存碎片,不利于大對象的分配,可能會(huì )提前觸發(fā)一次Full GC。虛擬機提供了-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection參數來(lái)進(jìn)行碎片的合并整理過(guò)程,這樣會(huì )使得停頓時(shí)間變長(cháng),虛擬機還提供了一個(gè)參數配置,-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction,用于設置執行多少次不壓縮的Full GC后,接著(zhù)來(lái)一次帶壓縮的GC。

理解一下GC日志
1
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6270K->584K(9216K)] 11390K->5712K(19456K), 0.0011969 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (System.gc())]與[Full GC (System.gc())],說(shuō)明垃圾收集的停頓類(lèi)型,不是區分新生代GC和老年代GC的,如果有Full,則表示此次GC發(fā)生了Stop The World。
PSYoungGen: 6270K->584K(9216K),表示,新生代:該內存區域GC前已使用容量 -> 該內存區域GC后已使用容量(該內存區域總容量)
11390K->5712K(19456K),表示,GC前Java堆已使用的容量 -> GC后Java堆已使用的容量(Java堆總容量)
0.0011969 secs,表示GC所占用的時(shí)間,單位為秒。
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs],表示GC的更具體的時(shí)間,user代表用戶(hù)態(tài)消耗的CPU時(shí)間,sys代表內核態(tài)消耗的CPU時(shí)間,real代表操作從開(kāi)始到結束所經(jīng)過(guò)的墻鐘時(shí)間。CPU時(shí)間與墻鐘時(shí)間的區別是,墻鐘時(shí)間包括各種非運算的等待耗時(shí),如等待磁盤(pán)IO,等待線(xiàn)程阻塞,CPU時(shí)間則不包含這些耗時(shí)。當系統有多CPU或者多核時(shí),多線(xiàn)程操作會(huì )疊加這些CPU時(shí)間,所以讀者看到user或者sys時(shí)間超過(guò)real時(shí)間也是很正常的
深入理解Java虛擬機總結GC類(lèi)型
Minor GC:指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作,非常頻繁,速度較快。
Major GC:指發(fā)生在老年代的GC,出現Major GC,經(jīng)常會(huì )伴隨一次Minor GC,同時(shí)Minor GC也會(huì )引起Major GC,一般在GC日志中統稱(chēng)為GC,不頻繁。
Full GC:指發(fā)生在老年代和新生代的GC,速度很慢,需要Stop The World。
大對象直接進(jìn)入老年代:大對象就是大量連續內存空間的Java對象,典型的就是很長(cháng)的字符串及數組。并且內存超過(guò)虛擬機設置大對象的值;

長(cháng)期存活的對象進(jìn)入老年代:jvm給每個(gè)對象定義一個(gè)對象年齡計數器。如果eden出生并經(jīng)過(guò)第一次Minor GC后仍然存活并且能被Survivor容納的話(huà),將被移動(dòng)到Survivor空間并將對象年齡設為1.對象在Survivor區每”熬過(guò)”一次Minor GC則年齡+1,當年齡達到一定程度(默認15歲),下一次將會(huì )被晉升老年代。

動(dòng)態(tài)對象年齡判定:為了更好的適應內存狀況。如果在Survivor空間中相同年齡的所有對象大小的綜合大于Survivor的一半,那么大于等于這個(gè)年齡的將被一起帶入老年代

Tips:研究代碼對象到底怎么回收請看Page:93(深入理解JVM虛擬機第二版)
空間分配擔保
深入理解Java虛擬機總結
虛擬機參數設置;
代碼的運行參數設置為: -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8

靜態(tài)分派與動(dòng)態(tài)分派

靜態(tài)分派
1
Map map=new HashMap();
Map(靜態(tài)類(lèi)型,外觀(guān)類(lèi)型接口類(lèi)型(我習慣叫)):其變化僅在使用時(shí)發(fā)生,變量本身的靜態(tài)類(lèi)型不會(huì )改變,并且最終的靜態(tài)類(lèi)型是在編譯期可知的。

HashMap(實(shí)際類(lèi)型):其變化的結果在運行期才可確定,編譯器不編譯程序時(shí)并不知道一個(gè)對象的實(shí)際類(lèi)型是什么。

所有依賴(lài)靜態(tài)類(lèi)型來(lái)定位方法執行版本的分派動(dòng)作稱(chēng)為靜態(tài)分派。
①.靜態(tài)分派典型的應用是方法重載,
②.靜態(tài)分派發(fā)生在編譯階段,因此確定靜態(tài)分派的動(dòng)作實(shí)際上不是由虛擬機來(lái)執行的
③.對于方法參數的匹配也是根據變量的靜態(tài)類(lèi)型來(lái)確定,在很多情況下根據參數的類(lèi)型并不能找到唯一的方法調用,這個(gè)時(shí)候的處理方式是找到一個(gè)最合適的方法。比如:

public class OverLoad { 
public static void sayHello(char arg) { 
System.out.println("hello char"); 
} 
public static void sayHello(int arg) { 
System.out.println("hello int"); 
} 
public static void sayHello(long arg) { 
System.out.println("hello long"); 
} 
public static void sayHello(Character arg) { 
System.out.println("hello Character"); 
} 
public static void sayHello(Serializable arg) { 
System.out.println("hello Serializable"); 
} 
public static void sayHello(Object arg) { 
System.out.println("hello object"); 
} 
public static void sayHello(char ...arg) { 
System.out.println("hello arg..."); 
}

public static void main(String[] args) {  
    sayHello('a');  
}  

}
從頭注解方法,結果會(huì )按順序輸出。

1、基本類(lèi)型是重載按char->int->long->float->double->Character->Serializable(因為Character實(shí)現了他)順序匹配的。

2、可變參數的重載優(yōu)先級是最低的。

Tips:如果出現了兩個(gè)參數分, 別為Serializable和Comparable(Character實(shí)現這兩個(gè)),編譯器無(wú)法確定自動(dòng)轉型那種類(lèi)型。提示類(lèi)型模糊拒絕編譯;

動(dòng)態(tài)分派
方法執行會(huì )找到對應的實(shí)際類(lèi)型。

動(dòng)態(tài)加載
NB之處 不僅僅能實(shí)現別人的接口,也能實(shí)現自己的接口這樣相當于 對象本身了,但是可以卻可以在方法執行之前或之后搞事情了

**public class DynamicProxyTest { 
interface IHello{ 
void sayHello(); 
} 
static class Hello implements IHello{ 
@Override 
public void sayHello(){ 
System.out.println("hello world"); 
} 
}

static class DynamicProxy implements InvocationHandler{  
    Object originalObj;  
    Object bind(Object originalObj){  
        this.originalObj = originalObj;  
        return Proxy.newProxyInstance(originalObj.getClass().getClassLoader(), originalObj.getClass(),  
                getInterfaces(),this);  
    }  
    @Override  
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)  
            throws Throwable {  
        System.out.println("welcome");  
        return method.invoke(originalObj, args);  
    }  

}  

public static void main(String[] args) { 
    /* 設置此系統屬性,讓JVM生成的Proxy類(lèi)寫(xiě)入文件.保存路徑為:com/sun/proxy(如果不存在請生工創(chuàng  )建) */
  System.getProperties().put("sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles", "true");
    IHello hello = (IHello)new DynamicProxy().bind(new Hello());  
    hello.sayHello();  
}  

}**
System.getProperties().put(“sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles”, “true”)->設置此系統屬性,讓JVM生成的Proxy類(lèi)寫(xiě)入文件.保存路徑為:com/sun/proxy(如果不存在請生工創(chuàng )建)

java逆向工具:為了解決把1.5中編寫(xiě)的代碼放到1.4 1.3的環(huán)境部署使用的問(wèn)題。比較出色的Retrotranslator

Java魔法糖

泛型與擦除
編譯后的字節碼文件中替換為原生類(lèi)型,并且在相應的位置插入強制轉換;

所以泛型遇到重載,不會(huì )執行編譯;例如參數List和List編譯后的文件是一樣的所以你懂的;

public class Sugar {
//看bin目錄下的編譯文件;
public static void main(String[] args) {
//泛型 自動(dòng)裝箱,自動(dòng)拆箱,便利循環(huán),變長(cháng)參數;
List<Integer> list= Arrays.asList(1,2,3,4);
int sum=0;
for (int integer : list) {
sum+=integer;
}
System.out.println(sum);
}
}
編譯后文件

public class Sugar {
public Sugar() {
}
public static void main(String[] args) {
List list = Arrays.asList(new Integer[]{Integer.valueOf(1), Integer.valueOf(2), Integer.valueOf(3), Integer.valueOf(4)});
int sum = 0;
int integer;
for(Iterator var3 = list.iterator(); var3.hasNext(); sum += integer) {
integer = ((Integer)var3.next()).intValue();
}
System.out.println(sum);
}
}
自動(dòng)裝箱陷阱

高效并發(fā)

volatile型變量的特殊規則
當定義為volatile之后具備兩種特性:
第一保證此變量對所有線(xiàn)程的可見(jiàn)性。當一個(gè)線(xiàn)程修改了這個(gè)值,新值對于其他線(xiàn)程來(lái)說(shuō)立即可知;
第二:禁止指令重排序優(yōu)化;

volatile和普通變量性能幾乎沒(méi)有區別,比synchronized關(guān)鍵字快;

Java線(xiàn)程調度
主要兩種:協(xié)同式調度和搶占式調度
協(xié)同(不用):執行時(shí)間由線(xiàn)程本身來(lái)控制。吧自己工作執行完后主動(dòng)通知系統切換到另一個(gè)線(xiàn)程;

壞處:如果線(xiàn)程出現堵塞那么所有都堵塞了

搶占:系統分配時(shí)間,切換不由線(xiàn)程本身來(lái)決定

Thread.yield()可以讓出執行時(shí)間.獲取時(shí)間則沒(méi)有辦法;

額外知識 ++不是原子性,AtomicInteger CAS(原子性)來(lái)避免阻塞同步;
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