功能 存在 oot 對象實例 符號 token 類型 格式 找對象

本章學習重點： 1、Jvm： 如何將java代碼編譯為class文件。 如何裝載class文件及如何執行class文件。 jvm如何進行內存分配和回收。 jvm多線程：線程資源同步機制和線程之間交互的機制。 3.1 java代碼的執行機制 java源碼編譯機制。 1、三個步驟： 分析和輸入到符號表（Parse and Enter） Parse過程所做的為詞法和語法分析。 詞法分析：將代碼字符串轉變為Token序列。 語法分析：根據語法由Token序列生成抽象語法樹。 Enter過程為將符合好輸入到符號表。 通常包括確定類的超類型和接口，根據需要添加默認構造器、將類中出現的符號輸入類自身的符號表中等。 註解處理（Annotation Processing） 主要用於處理用戶自定義的Annotation。 語義分析和生成class文件（Analyse and Generate） Analyse基於抽象語法樹進行一系列的語義分析。 包括 將語法樹的名字、表達式等元素與變量、方法、類型等聯系到一起； 檢查變量使用前是否已聲明； 推導泛型方法的類型參數； 檢查類型匹配性； 檢查所有語句都可到達； 檢查所有checked exception都被捕獲或拋出； 檢查變量的確定性賦值（例如有返回值的方法必須確定有返回值）； 檢查變量的確定性不重復賦值（例如聲明為final的變量等）； 解除語法糖（消除if（false）{...}）形式的無用代碼； 將泛型java轉為普通java； 將含有語法糖的語法樹改為含有簡單語言結構的語法樹，（例如foreach循環、自動裝箱/拆箱等）； 等。 完成上述步驟，開始生成class文件。步驟為： （1）將實例成員初始化器收集到構造器中，將靜態成員初始化器收集為<clinit>()； （2）將抽象語法樹生成字節碼，采用的方法為後序遍歷語法樹，並進行最後的少量代碼轉換； （3）從符號表生成class文件。 2、class文件包含了以下信息： 結構信息： class文件格式版本號及各部分的數量與大小的信息。 元數據： 簡單來說，元數據對應的就是java源碼中“聲明”與“常量”的信息。 主要有：類/繼承的超類/實現的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池。 方法信息： 簡單來說，java源碼中“語句”與“表達式”對應的信息。 主要有：字節碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區大小、求值棧的類型記錄、調試用符號信息。 類加載機制。 類加載機制是指class文件加載到JVM，並形成class對象的機制，之後應用就可對class對象進行實例化並調用。 1、分三個步驟： 裝載（load）： 過程負責找到二進制字節碼並加載到JVM中。 鏈接（Link）： 過程負責對二進制字節碼的格式進行校驗、初始化裝載類中的靜態變量及解析類中調用的接口、類。 校驗如果不符合，則拋出VerifyError； 校驗過程中如果碰到要引用到其他的接口和類，也會進行加載，如果失敗，則拋出NoClassDefFoundError。 JVM初始化類中的靜態變量，並賦默認值，最後對類中的所有屬性，方法進行驗證，如果該階段失敗，可能會造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等錯誤信息。 初始化（init）： 過程即執行類中的靜態初始化代碼，構造器代碼及靜態屬性的初始化，以下4種情況下初始化過程會被觸發執行： 調用了new； 反射調用了類中的方法； 子類調用了初始化； JVM啟動過程中指定的初始化類。 JVM的類加載通過ClassLoader及其子類來完成，分為： BootStrap Class Loader； 采用C++實現，並非 ClassLoader的子類。JDK啟動時會初始化此 ClassLoader； Extension Class Loader； 用來加載擴展功能的一些jar包，例如：JDK目錄下有dns工具jar包等； System Class Loader； 用來加載啟動參數中指定的Classpath中的jar包及目錄。 User-Defined Class Loader； 開發人員自行實現的ClassLoader。 2、類加載過程中的常見異常： （1）ClassNotFoundException: 原因為在當前的ClassLoader中加載類時未找到類文件。 （2）NoClassDefFoundError: 原因為加載的類中引用到的另外的類不存在。 （3）LinkageError： 該異常在自定義ClassLoader的情況下更容易出現。原因是此類已經在ClassLoader加載過了，重復地加載會造成該異常。 （4）ClassCastException： 該異常有多種原因，JDK5支持泛型後，合理使用泛型可相對減少此異常的觸發。 類執行機制。 2種方式： 1、字節碼解釋執行方式 在源碼編譯階段將源碼編譯為JVM字節碼，是一種中間代碼的方式，要由JVM在運行期對其進行解釋並執行。 JVM采用四個指令來執行不同的方法調用： （1）invokestatic： 對應調用static方法。 （2）invokevirtual： 對應調用對象實例的方法。 （3）invokeinterface： 對應調用接口。 （4）invokesprcial： 對應調用private方法和編譯源碼後生成的<init>方法——此方法為對象實例化時的初始化方法。 JDK基於棧的體系結構來執行字節碼： 線程在創建後，會產生程序計數器（PC registers）和棧（Stack）。 作用： PC registers：存放了下一條要執行的指令在方法內的編譯量。 棧：存放了棧幀，每個方法每次調用都會產生棧幀。 棧幀分為：局部變量和操作數棧。 作用： 局部變量：存放方法中的局部變量和參數。 操作數棧：存放方法執行過程中的中間結果。

	局部變量區	操作數棧
	Stack Frame（棧幀）
	局部變量區	操作數棧
	Stack Frame（棧幀）
pc寄存器	Stack

三種執行方式： （1）指令解釋執行： 執行方式：獲取下一條指令，解碼並分派，然後執行。由於很多操作要將值放入到操作數棧中，導致了寄存器和內存要不斷地交換數據，效率不高。 SUN JDK進行優化，主要有：棧頂緩存和部分棧幀共享。 （2）棧頂緩存： 將本來位於操作數棧頂的值直接緩存到寄存器上，對於大部分只需要一個值的操作而言，無須將數據放入操作數棧，可直接在寄存器計算，然後放回操作數棧。 （3）部分棧幀共享： 當調用方法時，後一方法可將前一方法的操作數棧作為當前方法的局部變量，從而節省數據copy帶來的消耗。 2、編譯執行 為了解決解釋執行的效率問題，JDK提供將字節碼編譯為機器碼的支持，編譯在運行時進行，通常稱為JIT編譯器。 JDK在執行過程中對執行頻率高的代碼進行編譯，對執行不頻繁的代碼則繼續采用解釋的方式，所以JDK又稱為HotSpotVM。 在編譯上提供2種模式：client compiler和server compiler。 （1）client compiler： C1 輕量級，只做少量性能開銷比高的優化，占用內存少，合適與桌面交互式應用。 在寄存器分配策略上，JDK6以後采用的為線性掃描寄存器分配算法。 其他地方優化： 方法內聯： 把調用到的方法的指令直接植入當前方法中。 去虛擬化： 裝載class之後，進行類層次分析，如類中的方法只提供一個實現類，那麽對於調用了此方法的代碼，也可進行方法內聯。 冗余消除： 指在編譯時，根據運行時狀況進行代碼的折疊和消除。 等。 （2）server compiler： C2 重量級，大量的傳統編譯優化技巧來進行優化，占用內存多，適用於服務器端的應用。 采用的為傳統的圖著色寄存器分配算法。優化範圍更多的在於全局的優化。 收集的信息：分支的跳轉/不跳轉的頻率、某條指令上出現過的類型、是否出現過空值、是否出現過異常。 逃逸分析是很多優化的基礎。指的是根據運行狀態來判斷方法中的變量是否會被外部讀取，如不會則認為此變量是逃逸的。基於此在編譯時會做： 標量替換： 用標量替換聚合量。 好處：如果創建的對象並未用到其中的全部變量，則可以節省一定的內存。對於代碼執行，由於無須去找對象的引用，也會更快。 棧上分配： 如果沒有，會在棧上直接創建對象實例，而不是在JVM堆上。 好處：棧上分配更快。回收時隨方法的結束，對象也被回收了。 同步消除： 如果發現同步的對象未逃逸，就沒有同步的必要，在編譯時會直接去掉同步。 等。 運行後C1、C2編譯出來的機器碼如果不再符合優化條件，則會進行逆優化，也就是回到解釋執行的方式。 一種特殊的編譯為：OSR（On Stack Replace）。與C1、C2區別： （1）OSR編譯只替換循環代碼體的入口；現象：方法的整段代碼被編譯了，但只有循環代碼體才執行編譯後的機器碼，其他部分仍然是解釋執行方式。 （2）C1、C2替換的方法調用的入口。 Sun JDK根據機器來選擇C1和C2模式。當CPU超過2核且內存大於2GB時默認為C2模式，但是32位windows機器始終為C1模式。 未選擇在啟動時即編譯成機器碼的原因： （1）靜態編譯並不能根據程序的運行狀況來優化執行的代碼。 （2）解釋執行比編譯執行更節省內存。 （3）啟動時解釋執行的啟動速度比編譯再啟動更快。 未編譯期間解釋執行方式會比較慢，JDk主要依據方法上的2個計數器是否超過閥值。 （1）調用計數器，即方法被調用的次數。（CompileThreshold） 該值指當方法被調用多少次後，就編譯為機器碼。在client模式下默認為1500次，server模式下默認為10000次。 可通過啟動時添加-XX：CompileThreshold=10000來設置該值。 （2）回邊計數器，即方法中循環執行部分代碼的執行次數。（OnStackReplacePercentage） 該值用於計算是否觸發OSR編譯的閥值。默認情況下client模式為933，server模式為140。 該值通過啟動時添加-XX：OnStackReplacePercentage=140來設置。 註意：由於sun JDK這個特性，在對java代碼進行性能測試時，要尤其註意是否事先做了足夠次數的調用，以保證測試是公平的。 3、反射執行 反射和直接創建對象實例，調用方法的最大不同在於創建、方法調用的過程是動態的。 要實現動態調用，最直接的方法就是動態生成字節碼，並加載到JVM中執行。

深入理解JVM_java代碼的執行機制01