深入浅出Java虚拟机-Java编译概述

小鱼儿 2024-04-17 06:01 72阅读 0赞

# Java虚拟机存储 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
上图分为线程共享和非共享，其中堆内存是用来存放Java对象的，虚拟机栈和本地方法栈都是存放方法信息，前者是通过栈帧结构存放方法的参数和本地变量，以及方法的返回地址和调用地址等信息，后者是存放本地方法的信息。  
方法区是存放类和常量的信息的。

# 如何判断内存垃圾 #

![在这里插入图片描述][20190825192400323.png]  
主要是对上面四种引用的可达性分析。  
可达性分析解决了循环引用的问题。  
分析的起点（GC ROOT）分为四类：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

# 垃圾收集算法 #

垃圾回收的本质是可达性分析  
1.标记清除  
2…复制，量少的时候  
3.标记，整理，用于量多，碎片化时候。

# 分代收集算法 #

## 新生代 ##

分为新生代和老年代。新生代分为2个Survivor和一个Eden区域，默认比例为1：1：8，每次都是把一个Survivor和Eden剩下的对象复制到另一个Survivor。因为新生代死亡率高，所以采用复制算法，效率高，另外9：1的比例又能保证空间利用率高。  
特殊情况：

## 1.什么时候进入老年代？ ##

会给每个对象加一个时间阈值，到了就直接到老年代。对于那种较大的对象会直接进入老年代。

## 2.如果复制装不下怎么办？ ##

担保机制失败，直接进入老年代。

## 老年代 ##

老年代存放那种经过检验的短时间不会死亡的对象，所以这部分对象是通过标记-整理算法来做的。

# 编译过程 #

这部分是狭义的编译，指的是  
![在这里插入图片描述][20190825185325472.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 1.第一阶段主要是词法和语法分析。 ##

字节生成标记，标记就是包，变量等都是几个字节组成。  
标记，主要是包括类，接口，变量，方法等，类似你在IDE看到的类结构，构成抽象语法数。

## 2.注解处理 ##

这部分是我们能够参与的过程，能够直接影响抽象语法数的结构。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 3. 语意分析和字节码生成 ##

1.标注  
这部分主要是检查，变量的是否生成，以及赋值类型是否对应。

2.数据和控制流分析  
这部分是检查方法路径和异常等是否正常，和加载期间的验证的语意分析侧重点不一样，后者是字节码指令的角度。  
3.解语法糖。  
这部分的原意是Java的落后的语法在进行改进的时候，通过编译支持，而不是字节码指令的支持，不影响后面的JAVA的类的结构和字节码的支持，而是通过编译成旧版本的代码实现。  
1.泛型  
在编译器擦除，是假的泛型，List 和List是一样的。  
2.装箱和拆箱  
3.变长参数  
4.if（true，false）条件编译  
5.字节码生成

主要是实例构造函init和类构造clinit函数。  
包括代码块\{\},static\{\},变量初始化，构造方法  
顺序是：  
构造器，方法快，初始化变量

# JIT编译 #

整体是有限解释执行的，对应两类比较常用的代码，就是所谓的热点代码：  
执行多次的方法和方法内部的循环体是会JIT做编译优化，整体的机制是通过一个计数的统计，达到一定的阈值会开始进入编译。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# 编译生成的class结构 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
![在这里插入图片描述][20190825213414240.png]

## 字节码指令 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

## 类型 ##

1.加载和存储指令  
数值从操作数栈道局部变量表  
load + 类型  
将常量加载到操作数栈  
push + 类型

2.运算指令  
add sub mul div rem（求余） neg （取反）shl（位移）or and xor iinc(自增)  
比较命令； dcmpg dcmpl fcmpg fcmpl

3.类型转化指令  
宽化指令和窄化指令  
![在这里插入图片描述][2019082521421389.png]  
4.对象创建和访问指令  
new newArray get/put(filed/static) aload astore  
5.操作数栈管理  
pop dup swap（交换）  
6.控制转移指令  
if switch goto  
7.方法调用和返回  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
8.异常指令  
athrow

9.同步指令  
管程 minor  
monitorenter 和monitorexit来支持synchronized关键字。

# Java虚拟机 #

Java虚拟机和Java语言是完全两个不同的概念，只要是能够编译成class文件的格式都能被Java虚拟机所编译，包括Groovy和Scala等。

# 虚拟机类的加载生命周期 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

# 1.加载阶段 #

这个阶段是我们能够最大化控制的。

## 什么时候加载一个类？ ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

# 2.验证阶段 #

# 一.验证 #

## 1.文件格式验证 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

## 2.元数据验证 ##

语法层面，类的继承，方法的重载，覆写等

## 3.字节码验证 ##

对于字节码指令的验证

## 4.符号引用验证 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]

# 二.准备 #

主要是把方法区的属性初始化为字面量的初始值，比如int 是0.

# 三.解析 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]  
![在这里插入图片描述][2019082522215775.png]

# 3.初始化 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]

# 类加载器 #

## 番外篇 ##

对于虚拟机来说，不同的虚拟机加载的同一个class实际是不同的类。  
![在这里插入图片描述][20190825222443882.png]

## 双亲委派机制 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]

# 虚拟机的字节码执行 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]

参考：  
本文参考自书籍《深入浅出Java虚拟机》

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9mZW5nc2VobmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/16/d0034b93c3494544ac64a210eb43db8b.png
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