JVM 基础 VM运行机制

1，JVM启动流程






2，JVM基本结构






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

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

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);
    }
}

server -Xmx10m -Xms10m
-XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

输出 ： 5

-server -Xmx10m -Xms10m  
-XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC

输出：
……
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000977 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0001361 secs]
[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000963 secs]
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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

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  
{  
public  static  void  main(String[] args)  
//main 方法本身放入方法区。  
{  
Sample test1 = new  Sample( " 测试1 " ); 
 //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 test2 = new  Sample( " 测试2 " );  
test1.printName();  
test2.printName();  
}

public class Sample
 //运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
 {
 private 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);
 }
 }

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

volatile

public class VolatileStopThread extends Thread {
	private volatile boolean stop = false;
	public void stopMe() {
		stop = true;
	}
	public void run() {
		int i = 0;
		while (!stop) {
			i++;
		}
		System.out.println("Stop thread");
	}
	public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
		VolatileStopThread t = new VolatileStopThread();
		t.start();
		Thread.sleep(1000);
		t.stopMe();
		Thread.sleep(1000);
	}
}<span style="color:#ff0000;">
</span>

没有volatile -server 运行 无法停止

volatile 不能代替锁 线程不安全

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

1，volatile

2，synchronized （unlock之前，写变量值回主存）

3，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



指令重排 – 保证有序性的方法

class OrderExample {
	int a = 0;
	boolean flag = false;
	public synchronized void writer() {
		a = 1;
		flag = true;
	}
	public synchronized void reader() {
    if (flag) {                
        int i =  a +1;      
        ……
    }
}
}

同步后，即使做了writer重排，因为互斥的缘故，reader 线程看writer线程也是顺序执行的。



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