深入JVM内核2 JVM运行机制
2018-12-20 本文已影响48人
香沙小熊
1 JVM启动流程
JVM启动流程
2 JVM基本结构
2.1 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
2.2 方法区
- 保存装载的类信息:
类型的常量池
字段、方法信息
方法字节码 - 通常和永久区(Perm)关联在一起
注意：
JDK6时，String等常量信息至于方法
JDK7时，已经移动到了堆
2.2 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
2.3 Java栈
- 线程私有
- 栈由一系列帧组成(因此Java栈也叫Java帧栈)
- 帧保存一个方法的局部变量、操作数帧、常量池指针
- 每一次方法调用创建一个帧，并压栈
局部变量表 包括参数和局部变量
public class StackDemo {
public static int runStatic(int i, long l, float f, Object o, byte b) {
return 0;
}
public int runInstance(char c, short s, boolean b) {
return 0;
}
}
操作数栈
Java没有寄存器，所有参数传递使用操作数栈
public static int add(int a,int b){
int c=0;
c=a+b;
return c;
}
0: iconst_0 // 0压栈
1: istore_2 // 弹出int，存放于局部变量2
2: iload_0 // 把局部变量0压栈
3: iload_1 // 局部变量1压栈
4: iadd //弹出2个变量，求和，结果压栈
5: istore_2 //弹出结果，放于局部变量2
6: iload_2 //局部变量2压栈
7: ireturn //返回
栈上分配
逃逸分析
在JDK 6之后支持对象的栈上分析和逃逸分析，在JDK 7中完全支持栈上分配对象。 其是否打开逃逸分析依赖于以下JVM的设置：
-XX:+DoEscapeAnalysis
进行逃逸分析之后，产生的后果是所有的对象都将由栈上分配，而非从JVM内存模型中的堆来分配。
public class OnStackTest {
public static void alloc() {
byte[] b = new byte[2];
b[0] = 1;
}
public static void main(String[] args) {
long b = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
alloc();
}
long e = System.currentTimeMillis();
System.out.println(e - b);
}
}
VM options配置
-server -Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC
输出结果：
[GC (Allocation Failure) 2048K->544K(9728K), 0.0005844 secs]
[GC (Allocation Failure) 2592K->552K(9728K), 0.0005943 secs]
[GC (Allocation Failure) 2600K->552K(9728K), 0.0009814 secs]
6
VM options配置
-server -Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC
输出结果：
[GC (Allocation Failure) 2048K->568K(9728K), 0.0018641 secs]
[GC (Allocation Failure) 2616K->560K(9728K), 0.0014770 secs]
[GC (Allocation Failure) 2608K->528K(9728K), 0.0014311 secs]
......省略
[GC (Allocation Failure) 3176K->1128K(9728K), 0.0015071 secs]
[GC (Allocation Failure) 3176K->1128K(9728K), 0.0013785 secs]
[GC (Allocation Failure) 3176K->1128K(9728K), 0.0011811 secs]
1084
程序的结果分析：
在进行逃逸分析的运行结果中，只执行了6次就退出程序了。而未进行逃逸分析的结果是1084次，就是说未进行逃逸分析的代码可以执行更多的调用次数。换句话来讲，就是未进行逃逸分析的堆空间远大于进行逃逸分析后使用的栈空间，堆的空间大于栈，这就是根本原因。
总结
- 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
栈上分配可以提升代码性能，降低在多线程情况下的锁使用，但是会受限于其空间的大小。
2.4 栈、堆、方法区交互
public class AppMain {
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
//main 方法本身放入方法区。
public static void main(String[] args) {
//test1是引用，所以放到栈区里， Sample是自定义对象应该放到堆里面
Sample test1 = new Sample(" 测试1 ");
Sample test2 = new Sample(" 测试2 ");
test1.printName();
test2.printName();
}
}
class Sample
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
{
private String name;
//new Sample实例后， name 引用放入栈区里， name 对象放入堆里
public Sample(String name) {
this.name = name;
}
//print方法本身放入方法区里。
public void printName() { System.out.println(name);
}
}
测试1
测试2
image.png
3 内存模型
- 每一个线程有一个工作内存和主存独立
-
工作内存存放主存中变量的值的拷贝
当数据从主内存复制到工作存储时，必须出现两个动作：第一，由主内存执行的读（read）操作；第二，由工作内存执行的相应的load操作；当数据从工作内存拷贝到主内存时，也出现两个操作：第一个，由工作内存执行的存储（store）操作；第二，由主内存执行的相应的写（write）操作
每一个操作都是原子的，即执行期间不会被中断
对于普通变量，一个线程中更新的值，不能马上反应在其他变量中
如果需要在其他线程中立即可见，需要使用 volatile 关键字
内存模型
可见性
- 一个线程修改了变量，其他线程可以立即知道
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： a=1;b=2;
指令重排-破坏线程间的有序性
class OrderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
a = 1;
flag = true;
}
public void reader() {
if (flag) {
int i = a +1;
……
}
}
}
线程A首先执行writer()方法
线程B线程接着执行reader()方法
线程B在int i=a+1 是不一定能看到a已经被赋值为1
因为在writer中，两句话顺序可能打乱
线程A
flag=true
a=1
然而
线程B
flag=true(此时a=0)
指令重排-保证有序性的方法
class OrderExample
