深入JVM内核原理-2.JVM运行机制

1.JVM启动流程

JVM启动流程.png

2.JVM基本结构

JVM基本结构.png

• PC寄存器
  • 每个线程拥有一个PC寄存器
  • 在线程创建时 创建
  • 指向下一条指令的地址
  • 执行本地方法时，PC的值为undefined
• 方法区
  • 保存装载的类信息
    • 类型的常量池 JDK6时，String等常量信息置于方法
    • 字段，方法信息 JDK7时，String等常量信息移动到了堆
    • 方法字节码
    • JDK6时，String等常量信息置于方法，JDK7时，移动到了堆
  • 通常和永久区（Perm）关联在一起
• Java堆
  • 和程序开发密切相关
  • 应用系统对象都保存在Java堆中
  • 所有线程共享Java堆
  • 对分代GC来说，堆也是分代的
  • GC的主要工作区间

• Java栈
  • 线程私有
  • 栈由一系列帧组成（因此Java栈也叫做帧栈）
  • 帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针
  • 每一次方法调用创建一个帧，并压栈
  • Java栈 - 栈上分配
    • 小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸的情况下，可以直接分配在栈上
    • 直接分配在栈上，可以自动回收，减轻GC压力
    • 大对象或者逃逸对象无法栈上分配

Java栈.png
帧栈.png
操作数栈.png
栈上分配.png
栈上分配1.png
栈堆方法区交互.png

• 内存模型

内存模型.png
JMM.png
volatile.png

• 可见性
  • 一个线程修改了变量，其他线程可以立刻知道
• 保证可见性的方法
  • volatile
  • synchronized（unlock之前，写变量值回主存）
  • final（一旦初始化完成，其他线程就可见）
• 有序性
  • 在本线程内，操作都是有序的
  • 在线程外观察，操作都是无序的。（指令重排或主内存同步延时）
• 指令重排
  • 线程内串行语义
    • 写后读 a=1;b=a; 写一个变量之后，再读这个位置。
    • 写后写 a=1;a=2; 写一个变量之后，再写这个变量。
    • 读后写 a=b;b=1; 读一个变量之后，再写这个变量。
    • 以上语句不可重排
    • 编译器不考虑多线程间的语义
    • 可重排 eg: a=1;b=2;

happen before.png
synchronized.png

• 指令重排的基本原则
  • 程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性
  • volatile规则：volatile变量的写，先发生于读
  • 锁规则：解锁（unlock）必然发生在随后的加锁（lock）前
  • 传递性：A先于B，B先于C 那么A必然先于C
  • 线程的start方法先于它的每一个动作
  • 线程的所有操作先于线程的终结（Thread.join()）
  • 线程的中断（interrupt()）先于被中断线程的代码
  • 对象的构造函数执行结束先于finalize()方法
• 解释运行
  • 解释执行以解释方式运行字节码
  • 解释执行的意思是：读一句执行一句
• 编译运行（JIT）
  • 将字节码编译成机器码
  • 直接执行机器码
  • 运行时编译
  • 编译后性能有数量级的提升