当代码写的多了，有时容易产生疑惑，这段代码容不容易产生内存溢出呢？该怎么写才更为面向对象利于后期扩展，充分解耦。需要解决这些疑惑就需要对jvm虚拟机有一定的了解了。对jvm的了解也更能帮助我们迈向更为高级的层次。
先来看看jvm的运行机制吧。
JVM启动流程
jvm启动流程图
JVM基本结构
JVM基本结构
- 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
- 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
- 保存装载的类信息
- 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堆分区
java堆分为新生代老年代两个分区，新生代又分为eden区、s0（又称from区）、s1（又称to区）。
- Java栈特点
- 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
存放局部变量表包含参数和局部变量
看个例子：
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;
}
}
上述代码在栈空间的内存图如下：
栈内存示例
函数调用组成帧栈
public static int runStatic(int i,long l,float f,Object o ,byte b){
return runStatic(i,l,f,o,b);
}
函数调用栈空间图
操作数栈
Java没有寄存器，所有参数传递使用操作数栈
示例代码
public static int add(int a,int b){
int c=0;
c=a+b;
return c;
}
运行顺序
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
内存执行图
栈上分配
C++ 代码示例
C++ 代码示例
图片.png
- 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
示例代码：
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);
}
}
- 没有volatile -server 运行 无法停止
- volatile 不能代替锁
- 一般认为volatile 比锁性能好（不绝对）
- 选择使用volatile的条件是：语义是否满足应用
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;
坏线程间的有序性
保证有序性的方法
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
编译和解释运行的概念
- 解释运行
- 解释执行以解释方式运行字节码
- 解释执行的意思是：读一句执行一句
- 编译运行（JIT）
- 将字节码编译成机器码
- 直接执行机器码
- 运行时编译
- 编译后性能有数量级的提升
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