服务端@Java@JVM@ClassFormat人码合一

Java语言规范

Class文件结构

magic
- CAFEBABE
minor version
major version
constant_pool_count
constant_pool
- 1 CONSTANT_Utf8_info
  - 1字节
    - 标识符
  - length
  - bytes
- 3 CONSTANT_Integer_info
  - 4字节
    - Big-Endin(高位在前)
    - int
- 4 CONSTANT_Float_info
  - 4字节
    - Big-Endin(高位在前)
    - float
- 5 CONSTANT_Long_info
  - 8字节
    - Big-Endin(高位在前)
    - long
- 6 CONSTANT_Double_info
  - 8字节
    - Big-Endin(高位在前)
    - double
- 7 CONSTANT_Class_info
  - 2字节
    - 指向类的全限定名项的索引
- 8 CONSTANT_String_info
  - 2字节
    - 指向字符串字面量的索引
- 9 CONSTANT_Fieldref_info
  - 2字节
    - 指向申明字段的类或者接口描述符
    - CONSTANT_Class_info的索引项
  - 2字节
    - 指向字段描述符号
    - CONSTANT_NameAndType_info的索引项
- 10 CONSTANT_Methodref_info
  - 2字节
    - 指向声明方法的类或者接口描述符
    - CONSTANT_Class_info的索引项
  - 2字节
    - 指向字段描述符号
    - CONSTANT_NameAndType_info的索引项
- 11 CONSTANT_InterfaceMethodref_info
  - 2字节
    - 指向声明方法的类或者接口描述符
    - CONSTANT_Class_info的索引项
  - 2字节
    - 指向字段描述符号
    - CONSTANT_NameAndType_info的索引项
- 12 CONSTANT_NameAndType_info
  - 2字节
    - 指向该字段或方法名称常量项的索引
  - 2字节
    - 指向该字段或方法描述符常量项的索引
- 15 CONSTANT_MethodHandle_info
  - 1字节
    - reference_kind 1-9之间的值
    - 决定了方法句柄的类型
    - 方法句柄类型的值表示方法句柄的字节码行为
- 16 CONSTANT_MethodType_info
  - 2字节
    - descriptor_index
    - 指向Utf8_info结构表示的方法描述符
- 18 CONSTANT_InvokeDynamic_info
  - 2字节
    - bootstrap_method_attr_index
    - 当前Class文件中引导方法表的bootstrap_methods[] 数组的有效索引
  - 2字节
    - 指向NameAndType_info表示的方法名和方法描述符
access_flags
- ACC_PUBLIC 0x0001 是否是public
- ACC_FINAL 0x0010 是否是final
- ACC_SUPER 0x0020 必须为真
- ACC_INTERFACE 0x0200 是否是接口
- ACC_ABSTRACT 0x1000 接口或抽象类
- ACC_SUNTHETIC 0x1000 编译器自动生成
- ACC_ANNOTATION 0x2000
- ACC_ENUM 0x4000
this_class
- 当前类
super_class
- 父类
interface_count
interfaces
filds_count
fields
methods_count
method_info
attribute_count
attribute

Class加载过程

load
Link：静态变量赋默认值
1. Verification
2. Preparation
3. Resolution
  - 符号引用解析为直接引用
  - 常量池里面的符号解析为指针、偏移量的内存的直接引用
Initializing
1. 调用类初始化代码

New对象的过程

申请内存
- 赋默认值
构造方法
- 设置初始值

类加载器层次

自顶而下：进行实际查找和加载child方向
自底向上：惊醒检查该类是否已经加载parent方向
加载层级(Launcher源码)
- Bootstrap
  - 加载lib/rt.jar charset.jar等核心类：C++实现
  - sun.boot.class.path
- Extension
  - 加载拓展jar包，jre/lib/ext/*.jar
  - 或由-Djava.ext.dirs指定
  - java.ext.dirs
- App
  - 加载classpath指定内容
  - java.class.path
- Custom ClassLoader
  - 自定义ClassLoader
加载机制
- 双亲委派 -
- 为什么用双亲委派？
  - 主：安全机制
  - 次：资源节约

Java并发操作

Java并发内存模型
- Java线程–工作内存–Save和Load操作 <===> 主内存
- Java线程–工作内存–Save和Load操作 <===> 主内存
volatile
- 字节码层面
  - ACC_VOLATILE
- JVM层面： volatile内存区的读写都加屏障
  - 写
    - StoreStoreBarrier
    - 写操作
    - StoreLoadBarrier
  - 读
    - LoadLoadBarrier
    - 读操作
    - LoadStoreBarrier
- OS和硬件层面
  - hsdis-HotSpot Dis Assembler
    - windows lock指令实现
synchronized
- 字节码层面
  - ACC_SYNCHRONIZED
  - monitorenter
  - monitorexit
- JVM层面
  - C/C++调用了系统提供的同步机制
- OS和硬件层面
  - X86: lock comxchg xxx

JVM重排序规则

hanppens-before原则
- JLS17.4.5
as if serial

对象的内存布局

对象的创建过程？
1. class loading
2. class linking()
3. class initializing
4. 申请对象内存
5. 成员变量赋默认值
6. 调用构造方法
  1. 成员变量顺序赋初始值
  2. 执行构造方法语句
对象在内存中的存储布局？
- 虚拟机配置
- 普通对象
  1. 对象头 markword 8
  2. ClassPointer指针
  3. 实例数据
    - 引用类型：-XX:+UseCompressedOops为4字节，不开启8字节
      - ordinary object pointers
  4. Padding对齐，8的倍数
- 数组对象
  1. 对象头 markword 8
  2. ClassPointer指针
    - -XX:+UseCompressedOops为4字节，不开启8字节
  3. 数组长度：4字节
  4. 数组数据
  5. 对齐，8的倍数
对象头具体包括什么？
- 通过JavaAgent机制获取
  - Instrumentation
    - getObjectSize
- markword
  - 无锁态
  - 轻量级锁
  - 重量级锁
  - GC标记
  - 偏向锁
对象怎么定位？
- 参考
- 句柄池
  - 间接指针: GC占优
    - Object
    - Class
- 直接指针: 执行占优
  - Object
对象怎么分配？
- GC相关内容
对象大小的实例
- new Object()对象占多少个字节？
  - 16字节
    - 对象头头8字节
    - ClassPointer指针 4字节

Hotspot开启内存压缩的规则

4G以下，直接砍掉
4G-32G,默认开启内存压缩 ClassPointers Oops
32G，压缩无效，使用64位

JVM Runtime Data Area and JVM Instructions

Data Area
- Program Counter
  - 存放执行位置
  - 虚拟机的运行类似while循环
- JVM stacks
  1. Frame:栈桢
    - Local Variable Table
    - Operated Stacks
    - Dynamic Linking
    - Return Address
  2. 一个方法对应一个栈帧
- Heap
- Native Method stacks
  - C/C++
  - JNI
- Direct Memory
  - NIO，zero copy
  - JVM可以直接访问的内核的内存
- Method Area
  - run-time constant pool
  - Content
    1. Perm Space(< 1.8)
      - 字符串常量位于此
      - FGC不会清理
      - 大小启动的时候指定，不能变
    2. Meta Space(>=1.8)
      - 字符串常量位于堆区
      - 会触发FGC清理
      - 不设定的话，最大就是物理内存

JVM Instruction Set

store
load
pop
mul
sub
add
invoke
- invokestatic
- invokevirtual
- invokeinterface
- invokespecial
  - 可以直接定位，不需要多台的方法
    - private 方法
    - 构造方法
- invokedynamic:最难
  - lambda表达式
  - 反射
  - 其他动态语言：scala kotlin
  - CGLib ASM
  - 动态产生的Class

Garbage Collector GC turninig

熟悉GC常用算法，熟悉常见垃圾收集器，具有实际JVM调优经验
Garbage
- 没有引用指向的对象
- root searching
  - GC roots
    - 线程栈变量
    - 静态变量
    - 常量池
    - JNI指针
- GC Algorithms
  - Mark-Sweep
    - 两次
  - Copying
    - 一次
  - Mark-Compact
    - 两次
堆内存逻辑分区（不适合不分代垃圾收集器）
- ⚠️
  - 除了Epsilon ZGC Shenandoah 之外的GC都是使用逻辑分代模型
  - G1是逻辑分代，物理不分代
  - 除此之外不仅逻辑分代，而且物理分代
- 新生代： MinorGC/YGC
  - eden: 8
  - survivor: 1
  - survivor: 1
    - Copying
  - 复制年龄超过限制时，进入old区。通过参数：-XX:MaxTenuringThreshold配置
- 老年代: MajorGC/FullGC
内存详解
- 栈上分配
  - 线程私有小对象
  - 无逃逸
  - 支持标量替换
  - 无需调整
- 线程本地分配TLAB
  - 占用eden,默认1%
  - 多线程的时候不用竞争eden就可以申请空间，提高效率
  - 小对象
  - 无需调整
- 老年代
  - 超过XX:MaxTenuringThreshold指定次数YGC
    - Parallel Scavenge 15
    - CMS 6
    - G1 15
  - 动态年龄
    - s1->s2超过累加50%
    - 把年龄最大的放入Old
  - YGC期间 survivor区空间不够了，空间担保直接进入老年代
常见的垃圾回收器
- 单线程
  - Serial
    - 安全点线程停止，
    - 单CPU效率最高
    - 虚拟机时Client模式的默认垃圾回收器
    - 使用极少
  - Serial Old
- 多线程
  - Parallel Scavenge(PS) + Parallel Old(PO)
    - 吞吐量优先
  - ParNew+CMS
    - CMS：
      - 开启了并发回收的过程
      - CMS问题比较多
        
        内存碎片
        
        浮动垃圾
    - 响应事件优先
- ZGC
- G1
Remark阶段的算法
- 三色扫描算法
  - 白灰黑
- 并发标记时

JVM调优

-XX:+UseSerialGC
- Serial New + Serial Old
- 小型程序
- 默认情况下不会是这种选项，Hotspot会根据计算及配置和JDK版本自动选择收集器
-XX:+UseParNewGC
- ParNew + SerialOld
- 很少用
-XX:UserConcMarkSweepGC
- ParNew + CMS + Serial Old
-XX:UseParallelGC
- Parallel Scavenge + Parallel Old
-XX:UseParallelOldGC
- Parallel Scavenge + Parallel Old
-XX:UseG1GC
- G1
Linux中默认
Linux 1.8
- 1.8.0_181 默认 Copy MarkCompact
- 1.8.0_222 默认 PS + PO

目录

Class文件结构

Class加载过程

New对象的过程

类加载器层次

Java并发操作

JVM重排序规则

对象的内存布局

Hotspot开启内存压缩的规则

JVM Runtime Data Area and JVM Instructions

JVM Instruction Set

Garbage Collector GC turninig

JVM调优