雙親委派

  • 向上委託，向下載入
  • 收到載入任務後，先交給父類載入器，只有當父類載入器無法完成，才會執行載入
  • 保證只有一個類載入器載入，避免重複載入
  • 破壞：JDK 1.2後才使用，JDK  1.1的核心類沒有通過雙親委派定義

如何判斷兩個Class物件是否相同

  • class位元組碼相同
  • classLoader相同

JVM執行資料區按執行緒使用情況分類

  • 執行緒獨享區域

    • 虛擬機器棧、本地方法棧、程式計數器
    • 不需要垃圾回收
  • 執行緒共享區域
    • 堆和方法區
    • 垃圾回收、類的靜態資料和物件

HotSpot

  • JDK 1.6：字串常量池在永久代
  • JDK 1.7：依然有永久代，但字串常量池在堆中
  • JDK 1.8：不存在永久代

字串常量池

  • 節省記憶體空間，所有類共享一個字串常量池
  • 如何存資料
    • 物件儲存
    • 快速搜尋：StringTable（hashtable）
      • StringTableSize：決定搜尋效率

堆

  • JVM中最大的一塊記憶體
  • GC最重要區域
  • 堆的記憶體分配通過垃圾收集器實現
  • JVM啟動時實現
  • 存什麼
    • JDK 1.6：物件、陣列
    • JDK 1.7+：物件、陣列、字串常量池、靜態變數　
  • 引數
    • -Xms：初始大小，單位m，g
    • -Xmx：最大大小
    • -XMn：新生代（年輕代）
    • -XX:SurvivorRatio=8：年輕代中Eden與Servivor比例，預設為8：1
    • -XX:PermSize：非堆記憶體初始大小，一般預設200m
    • -XX:MaxPermSize：菲堆最大大小
    • -XX:NewSize(-Xns)：年輕代記憶體初始大小
    • -XX:MaxNewSize(-Xmn)：年輕代最大大小　　　

  • 分配原則

    • 優先在Eden分配，如果Eden不足，進行一次MinorGC
    • 大物件直接進入老年代（超過Eden一半）
    • 長期存活物件進入老年代（15次GC未被回收）
    • 年輕代沒有空間存放的物件進入老年代
  • 分配方式
    • 指標碰撞：記憶體地址連續（年輕代）
    • 空閒列表：記憶體地址不連續（老年代）
  • 分配安全
    • 虛擬機器給A執行緒分配記憶體過程中，指標未修改，B執行緒可能同時使用了同一塊記憶體
    • CAS（樂觀鎖）：不加鎖，假設沒有衝突，如果衝突就重試，直到成功
    • TLAB（本地執行緒分配緩衝）：每個執行緒預先分配一塊記憶體
  • 分配擔保
    • 當在新生代中無法分配記憶體時，把新生代物件轉移到老年代，然後把新物件放入騰空的新生代
  • 物件記憶體佈局
    • 物件頭：鎖資訊、物件年齡、型別指標
    • 例項資料：成員變數
    • 對齊填充

程式計數器

  • 當前執行緒執行下一個位元組碼的行號
  • 用於執行緒切換後，能恢復到正確執行的位置

Java虛擬機器棧

  • 基於棧和基於暫存器

    • 基於棧（運算元棧）：一個程式呼叫需要10個基於棧的指令，JVM一次編譯，到處執行
    • 基於暫存器：同樣的一個程式呼叫只需要兩三個基於暫存器的呼叫，和作業系統有關
  • 棧幀
    • 支援虛擬機器進行方法執行的資料結構
    • 儲存方法的區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法返回地址
    • 區域性變量表--冰箱；操作棧--盤子
    • 方法呼叫時建立
    • 運算元棧的每個元素可以是任意Java資料型別，32位資料型別佔一個棧容量
    • 每個棧幀都包含一個指向執行時常量池中該棧所屬方法的符號引用，可在類載入階段或第一次使用時轉換為直接引用（靜態解析），或每次執行時轉換為直接引用（動態連線）
    • 靜態解析：直接引用，即對應方法的記憶體地址
    • 動態連結：class檔案中，一個方法呼叫其他方法，需要將方法的符號引用轉化為記憶體地址的直接引用。類中呼叫父類方法，執行時執行子類方法（多型）
    • 方法返回：把當前棧幀出棧。正常完成出口 / 異常完成出口

本地方法棧

  • 直接操作硬體，C++方法

方法執行

  • 先由Java編譯器編譯為Java位元組碼，再由Java直譯器逐條解釋，或對熱點程式碼由JIT編譯器編譯執行
  • 熱點程式碼：被多次呼叫的方法；被多次執行的迴圈體
  • 方法呼叫計數器：先檢查是否存在已編譯版本，否則方法呼叫次數加1，超過閾值則啟動編譯
  • 載入儲存指令
    • 將一個區域性變量表載入到運算元棧：load系列
    • 將一個數值從運算元棧載入到區域性變量表：store系列
    • 將一個常量載入到運算元棧：const系列、push系列、ldc系列

  • JIT執行方式

    • Server模式，Client模式
    • 優化
      • 公共子表示式消除
      • 方法內聯
      • 逃逸分析（存在逃逸則無法優化）
        • 棧上記憶體分配
        • 標量替換
        • 同步鎖消除

方法呼叫

  • 常見方法呼叫型別

    • 私有方法：與類繫結，編譯時確定
    • 構造方法：與類繫結，編譯時確定
    • 靜態方法：與類繫結，編譯時確定
    • 成員方法：不與類繫結，執行時確定
    • 介面方法：不與類繫結，執行時確定
    • 編譯看左邊，執行看右邊
  • 過載與重寫
    • 重寫（overwrite）：也叫方法覆蓋，繼承或實現關係下，子類和父類方法描述符（引數和返回值）一致，方法名稱一致
    • 過載（overloading）：在同一個類中，方法名稱一致，方法引數（型別和順序）不一致，不關心返回值
      • 可理解為執行時重新載入，即編譯時按左邊類，執行時才載入右邊真正型別
  • 靜態繫結和動態繫結
    • 通過類名、方法名、方法描述符識別方法
    • 屬性看左，方法看右
    • 通過父類引用訪問子類的屬性，需要強制轉型
  • 方法呼叫指令
    • invokevirtual：呼叫非靜態非私有方法（多型）
    • invokeinterface：呼叫介面方法（多型）
    • invokespecial：呼叫非靜態私有方法、構造方法
    • invokestatic：呼叫靜態方法
    • invokedynamic
  • 方法呼叫過程
    • 靜態繫結方法：直接在執行時常量池找到引用
    • 動態繫結方法：根據父類方法表確定要查詢的方法索引（編譯看左），從子類方法表中開始，找不到再去父方法表找
  • 虛分配
    • Father father = new Son();
    • father指標指向son物件
    • 根據本地變量表，找呼叫該虛方法的物件
    • 取出物件頭中的型別指標，找到Class物件
    • 找到Class物件後，找到對應的虛方法表
    • 找到對應的方法，進行方法呼叫
    • 如果找不到，則去父類物件查詢，最終找不到則報錯
public class DynamicCall01 {

	public static void main(String[] args) {

		Father father = new Son();

		// 多型,發生方法過載

		father.f1();

		// 列印結果： Son-f1()

		char c = 'a';

		father.f1(c);

		// 列印結果： father-f1() para-int 97

	}

}

// 被呼叫的父類

class Father {

	public void f1() {

		System.out.println("father-f1()");

	}

	public void f1(int i) {

		System.out.println("father-f1() para-int " + i);

	}

}

// 被呼叫的子類

class Son extends Father {

	public void f1() {

		// 覆蓋父類的方法

		System.out.println("Son-f1()");

	}

	public void f1(char c) {

		System.out.println("Son-s1() para-char " + c);

	}

}
    • 例題

      • 對於father.f1()，子類父類都有，在各自方法表中是獨立的兩項（編號相同），編譯期間無法確定，故在執行時根據建立的物件，發生過載
      • 對於father.f1(c)，f(char)父類沒有，編譯時將char自動轉型為int，而f(int)只有父類有，子類直接繼承，也不會寫在子類方法表中，故不會發生過載。如果Son中也有f1(int i)，則會發生過載
      • 子類物件通過父類引用呼叫的方法，必須在父類中出現過，否則編譯無法通過
  • 內聯快取
    • 加快動態繫結的優化技術

垃圾回收

  • 標記階段

    • 引用計數：實現簡單，無法處理迴圈引用問題。Python採用
    • 可達性分析：列舉GC Roots-->STW-->追蹤標記。Java採用
    • 回收過程
      • 第一次判斷：使用可達性分析後，判斷物件不可達
      • 第二次判斷：finalize()，重新建立可達性關聯，否則會被第二次標記
  • 垃圾清除階段
    • 標記-清除演算法：效率不高，GC時需停止程式，清理後記憶體不連續
    • 複製演算法：沒有標記和清除過程，效率高，空間連續，需要兩倍空間（空間換時間），適用於新生代（存活物件少，垃圾物件多）
    • 標記-壓縮演算法：適用於老年代（存活物件多）
  • 垃圾回收器
    • 按執行方式分類

      • 序列回收器：Serial、Serial Old
      • 並行回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
      • 併發回收器：CMS、G1
    • 按垃圾分代關係
      • 新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
      • 老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS
      • 整堆收集器：G1
    • 效能指標
      • 吞吐量：執行使用者程式碼時間/（執行使用者程式碼時間+垃圾收集時間）【高吞吐，後臺】
      • 暫停時間：應用程式執行緒暫停，GC執行緒執行的時間段【低延遲，頁面】
    • CMS
      • 低延遲
      • 標記-清除演算法
      • 不能和PS配合
      • 初始標記->併發標記->重新標記->併發清除