Java虚拟机学习笔记

基本知识

虚拟机的好处

• 跨平台、可移植性
• 提供了托管环境(managed runtime)
  • 垃圾回收
  • 内存管理
  • 动态检测(数组越界、动态类型、安全权限)

虚拟机内存

• 线程共享
  • 方法区
  • 堆区
• 线程私有
  • PC寄存器
  • Java方法栈
  • 本地方法栈

java程序执行方式

• 解释执行
• 即时编译(Just-In-Time)

Java类加载

加载过程

• 加载。双亲委派模型：父加载器找不到时才会由当前加载器尝试加载
  • 启动类加载器(bootstrap class loader): C++实现，没有对应的java对象
  • 其他类加载器：java.lang.ClassLoader的子类
    • 扩展类加载器(extension class loader)
    • 应用类加载器(application class loader):扩展类加载器的子类
• 链接
  • 验证：类满足虚拟机的约束条件
  • 准备
    • 为静态字段分配内存
    • 生成符号引用。实现虚方法的动态绑定的方法表
  • 解析：符号引用解析为实际引用
• 初始化
  • static final基本类型或字符串类型字段赋值
  • 调用clinit方法，加锁保证只被执行一次

加载方式

• 数组类：虚拟机直接生成
• 接口、类：查找字节流，进行加载
• 泛型：编译时直接擦除

虚拟机方法调用

方法调用指令

• invokestatic: 静态方法调用
• invokespecial: 私有实例方法、构造方法、super调用的方法、接口default方法
• invokevirtual: 非私有实例方法
• invokeinterface: 接口方法
• invokedynamic: 动态方法

虚方法调用

• invokevirtual和invokeinterface指令都属于虚方法调用指令
• 动态绑定：根据调用者的动态类型，确定虚方法调用的目标方法
• 虚方法调用如果指向final方法，便可以进行静态绑定

方法表

• 类加载的链接阶段的准备步骤，会构造和类相关联的方法表。
• 方法表是一个数组，每一个元素指向一个非私有的实例方法
  • 子类方法表包含父类方法表的所有方法
  • 子类方法的索引值，与它重写的父类方法的索引值相同

异常处理

基本概念

• Throwable: 异常基类
  • Error: 程序不应捕获的异常
  • Exception: 可能需要捕获并处理的异常
    • RuntimeException
• RuntimeException和Error是非检查异常，其他是检查异常

异常捕获

• 构造异常时虚拟机需要访问线程的java栈帧，构建栈轨迹
• 字节码中，每一个方法都附带一个异常表。其中的每一个条目代表一个异常处理器
• 编译finally代码块时，Java编译器会复制finally代码块的内容，分别放在try-catch代码块所有正常执行路径以及异常执行路径的出口中。

反射

反射的应用

• IDE根据点号动态展示字段或方法
• Java调试器，枚举某一对象所有字段的值
• 依赖反转

反射调用的实现

• Method.invoke底层交给MethodAccessor来处理
• MethodAccessor有三个实现,委派实现的底层可以是本地实现或动态实现
  • 委派实现(DelegatingMethodAccessorImpl)：反射调用超过15次后，将从本地实现切换为动态实现
  • 本地实现(NativeMethodAccessorImpl)：仅调用一次快于动态实现
  • 动态实现(GeneratedMethodAccessor1)：运行效率快，但生成字节码慢

垃圾回收

回收算法

• 引用计数法
• 可达性分析

垃圾回收的三种方式

• 清除(sweep): 会产生内存碎片（适合老年代）
• 压缩(compact): 受压缩算法性能开销影响较大（适合老年代）
• 复制(copy): 内存区域两等分，对空间使用效率低（适合年轻代）

虚拟机的堆划分

• 新生代
  • Eden区
  • 两个大小相同的survivor区
• 老年代