JVM学习笔记

JVM

学习概览：

  1. 基础篇
    • 初识JVM
    • 字节码文件详解
    • Java 内存结构
    • 垃圾回收
    • 类的生命周期和类加载器
  2. 实战篇
    • 内存泄漏
      • 概念学习
      • 监控工具
      • 产生原因
      • 线上实战
    • GC 调优
    • 性能调优
      • JMH 性能测试
      • 线上实战
  3. 高级篇
    • 即时编译器 JIT
    • ASM 字节码增强
    • Java Agent 技术
    • ZGC
    • GraalVM
      • 功能介绍
      • 入门案例
      • Spring Native
      • Web 应用
  4. 原理篇
    • Java 对象布局
    • 异常、反射原理
    • G1 垃圾回收器工作原理
    • 编译器优化
      • 方法内联
      • 逃逸分析
  5. 面试题
    • 常见的 JVM 参数
    • Tomcat 的类加载器
    • ThreadLocal 会内存泄露吗？
    • 如何优化减少 Full GC
    • 三色标记法是什么？

初识 JVM

JVM（Java Virtual Machine）: Java虚拟机

JVM 的功能

解释和运行： 对字节码文件中的指令，实时的解释成机器码，让计算机执行

内存管理：

  • 自动为对象、方法等分配内存
  • 自动的垃圾回收机制，回收不再使用的对象

即时编译（JIT）

  • 对热点代码进行优化，提升执行效率
  • Java 语言如果不做任何优化，性能不如C、C++等语言
  • 目的是为了跨平台

常见的 JVM

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字节码文件详解

JVM组成

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字节码文件的组成

以正确姿势打开文件

  • 字节码文件中保存了源代码编译之后的内容，以二进制的方式存储，无法直接用记事本打开阅读。

通过NotePad++ 使用十六进制插件查看class文件：

左边为地址，中间为十六进制数据，右边为编码

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推荐使用jclasslib工具查看字节码文件。

字节码文件组成

基础信息：魔数、字节码文件对应的 Java 版本号访问标识（public final等等）、父类和接口

常量池：保存了字符串常量、类或接口名、字段名主要在字节码指令中使用

字段：当前类或接口声明的字段信息

方法：当前类或接口声明的方法信息转换成字节码指令

属性：类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等

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魔数：

每个字节码文件开头的4位都是指定的，称为魔数

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魔数的作用：

  • 文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改，不影响文件的内容
  • 软件使用文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错。

常见的文件类型：

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主副版本号

  • 主副版本号指的是编译字节码文件的 JDK 版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了45.0-45.3，JDK1.2 是 46 之后每升级一个大版本就加1；副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号
  • 1.2之后大版本号计算方法就是：主版本号 - 44
  • 版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的 JDK 是否兼容

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常量池

  • 字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间。

解释：

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在常量池中，一份字面量只存储一份，可是现在有字段名和字面量相同，在常量池中如何存储呢。

  • 将abc字面量存入常量池中，并在常量池中存储一份String类型的字面量，引用到abc的字面量，a1和a2再引用这份String类型的字面量。
  • 而变量abc的字段名是直接引用abc字面量，这样就节省了空间。
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  • 常量池中的数据都有一个编号，编号从1开始。在字段或者字节码指令中通过编号可以快速找到对应的数据。
  • 字节码指令中通过编号引用到常量池的过程称之为==符号引用==

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方法

局部变量表

  • 数组为0的位置存储的函数参数args，根据声明顺序生成局部变量表下标

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  • iconst_0 将常量 0 放入操作数栈

  • istore_1 将操作数栈的数据取出放在局部变量表数组中下标为1的位置（弹出，操作数栈的数据销毁）

  • iload_1 将局部变量表数组中下标为1的位置的数据放入操作数栈（复制，局部变量表的数据保留）

  • iadd 将操作数栈中最上面的两个值相加，并将结果存入操作数栈中

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从字节码文件的层面解释 i = i++：

将i++翻译为字节码文件之后，语句为：

  • iinc 1 by 1：表示把局部变量表中下标为1的位置的数据加 1，并且此操作不进入操作数栈，是直接在局部变量表中完成。

所以最初将0放入了操作数栈，然后存入局部变量表，然后局部变量表下标为 1 的数据 0 加 1，变成了 1，然后 istore_1 将操作数栈中的 0 存入 局部变量表中下标为 1 的位置，所以结果为 0

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++i 同理：

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Arthas

用法见官网 ->>> Arthas官方文档

类的生命周期

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加载阶段

  • 第一步是==类加载器==根据类的全限定名通过不同的渠道以二进制的方式获取字节码信息。==程序员可以使用Java代码拓展的不同的渠道==。

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控制开发者访问数据的范围

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