JVM--代码运行过程

1.JVM具体是如何运行Java字节码？

• 从虚拟机视角来看，执行Java代码首先需要将它编译而成的class文件加载到Java虚拟机中。加载后的Java类会被存放于方法区（Method Area）中。实际运行时，虚拟机会执行方法区内的代码。
• Java虚拟机在内存中划分出堆和栈来存储运行时数据，其中栈又细分为面向Java方法的Java方法栈，面向本地方法（用C++写的native方法）的本地方法栈，以及存放各个线程执行位置的PC寄存器。
• 在运行过程中，每当调用进入一个Java方法，JVM会在当前线程的Java方法栈中生成一个栈帧，用以存放局部变量以及字节码的操作数。这个栈帧的大小是提前计算好的，而且JVM不要求栈帧在内存空间里连续分布。
• 当退出当前执行的方法时，不管是正常返回还是异常返回，JVM均会弹出当前线程的当前栈帧，并将其舍弃。
• 从硬件视角来看，Java字节码无法直接执行。因此，JVM需要将字节码翻译成机器码。
• 在HotSpot里面，上述翻译过程有两种形式：第一种是解释执行，即逐条将字节码翻译成机器码并执行；第二种是即时编译（Just-In-Time compilation，JIT），即将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后在执行。
• 前者的优势在于无需等待编译，二后者的优势在于实际运行速度更快。HotSpot默认采用混合模式，综合了解释执行和即时编译两者的优点。它会解释执行字节码，而后将其中反复执行的热点代码，以方法为单位进行即时编译。

2.JVM的运行效率如何？

• HotSpot采用了多种技术来提升启动性能以及峰值性能，即时编译便是其中最重要的技术之一。
• 即时编译建立在程序符合二八定律的假设上，即百分之二十的代码占据了百分之八十的计算资源。
• 对于占据大部分的不常用代码，我们无需耗费时间将其编译成机器码，而是采用解释执行的方式运行；另一方面，对于仅占据小部分的热点代码，我们则可以将其编译成机器码，以达到理想的运行速度。
• 为了满足不同用户场景的需要，HotSpot 内置了多个即时编译器：C1、C2和Graal。Graal是Java 10正式引入的实验性即时编译器。
• 之所以引入多个即时编译器，是为了在编译时间和生成代码的执行效率执行进行取舍。C1又叫Client编译器，面向的是对启动性能有要求的客户端GUI程序，采用的优化手段相对简单，因此编译时间较短；C2又叫Server编译器，面向的是对峰值性能有要求的服务器端程序，采用的优化手段相对复杂，因此编译时间较长，但同时生产代码的执行效率较高。
• 从Java 7开始，HotSpot默认采用分层编译的方式：热点方法首先会被C1编译，而后热点方法中的热点方法会进一步被C2编译。
• 为了不干扰应用的正常运行，HotSpot的及时编译时放在额外的编译线程中进行的。HotSpot 会根据CPU 的数量设置编译线程的数目，并且按1:2的比例配置给C1和C2编译器。
• 在计算资源充足的情况下，字节码的解释执行和即时编译可同时进行。编译完成的机器码会在下次调用该方法是启用，以替换原本的解释执行。

3.HotSpot 的热点代码探测技术

1. 基于采样的热点探测
2. 基于计数器的热点探测（大多数采用）

• 基于计数器的热点探测的虚拟机会为每个方法建立计数器，统计方法的执行次数，如果执行次数超过一定的阈值，就认为它是热点方法。
• 方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一个相对的执行频率，即一段时间内方法被调用的次数，当超过一定的时间限度，如果方法的调动次数仍然不足以让它提交给即时编译器，那这个方法的调用计时器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计时器热度的衰减，而这段时间就称为方法统计的半衰周期，进行热度衰减的动作在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行了。
• 判断一个循环体代码是否为热点代码的方式： 回边计数器。它的作用是统计一个方法体重循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为回边，显然，建立回边计数器的目的就是为了触发OSR（On Stack Replace）编译。没有计数热度衰减的过程，因此这个计数器统计的就是该方法执行循环的绝对次数，当计数器溢出的时候它还会把方法计数器的值也调整到溢出的状态，这样下去在再次进入该方法的时候就会执行标准编译过程

4.Java基本类型

• boolean 和 char 是唯二的无符号类型。在不考虑违反规范的情况下，boolean类型的取值范围是0 或者 1. char类型的取值范围是 [0,65535]。
• NaN（Not-a-Number） 有一个有趣的特性：除了“!=”始终返回 true 之外，所有其他比较结果都会返回false。
• JVM每调用一个Java方法，便会创建一个栈帧，有两个组成部分，分别是局部变量区，以及字节码的操作数栈。这里的局部变量是广义的，除了普遍意义下的局部变量之外，他还包括实例方法的 “this 指针” 以及方法所接受的参数。
• 在 Java 虚拟机规范中， 局部变量区等价于一个数组， 并且可以用正整数来索引。 除了 long、double 需要用两个数组单元来存储之外， 其他基本类型以及引用类型的值均占用一个数组单元。
• 也就是说，boolean、 byte、 char、 short这四种类型， 在栈上占用的空间和 int 是一样的， 和引用类型也是一样的。 因此，在32位的 HotSpot 中， 这些类型在栈上将占用4个字节； 而在 64位的HotSpot 中， 他们将占 8个字节（仅限于局部变量）。
• 然而对于byte、char以及short 这三种类型的字段或者数组单元，他们在堆上占用的空间分别为一字节、两字节以及两字节，也即是说，跟这些类型 的 值域相吻合。
• 存储：这些类型的字段或数组存储时，相当于做了一次隐式的掩码操作。如：当我们把0xFFFFFFFF（-1）存储到一个声明为char类型的字段里，由于该字段仅占两字节，所以高两位的字节便会被截取掉，最终存入“\uFFFF”。
• 加载：JVM的算术运算几乎全部依赖于操作数栈。也就是说，我们需要将堆中的 boolean、byte、char以及short 加载到操作数栈上，而后将栈上的值当成int 类型来运算。故对于非负数进行高位补 0 ，否则用 1来充填