JVM 进阶知识

Posted 2020-12-18 semi-sub

Java的跨平台性

????Java具有跨平台性，无疑是JVM底层翻译出来的汇编指令的不同，Unix和Window系统的汇编指令是不同的，Windows派系采用的是Intel汇编，Unix派系采用的是AT&T汇编。无论在哪个平台上编写的Java文件，编译后的class文件，放在哪个平台上都可以执行，只要下载平台相对应的JDK，都可以执行这个class文件，从而翻译出跟平台相对应的汇编指令

class文件、class content、class对象、对象四个基础概念

????class文件: 这个应该不用多说，就是java文件编译后的class文件

????class content: 首先来看一张类加载的图

????我们的class文件是存在在硬盘上的，需要将文件从硬盘读取到内存中，通过类加载将class文件内容加载到内存中，则会在类加载子系统中形成一块class content表示class 文件内容

????class对象：用过反射的网友应该清楚Class<T>这个对象，这就是class对象，类加载器通过解析class content内容则会在方法区(永久代)中形成Class<T>对象，像这个class对象的字段，方法的描述信息都会放在方法区中

????对象：对象则就是指我们new出来生成的对象

JDK1.8后元空间替代永久代

????1. 元空间使用的是直接内存，操作系统的内存。永久代会产生OOM

????2. 硬件的发展，之前的计算机硬件比较落后，没多少内存使用。如果还让JVM使用直接内存的话，会导致没有多少内存供其它程序使用。随着硬件的发展，现在的机器能够达到32G 64G这样的，有足够的内存使用。32位的机器最大的内存就是4G，64位的机器最大的内存可以达到2的48次方，256T。64bit = 16(保留位) + 48

元空间默认大小

????最小20.75M，最大256T，相当于无限大。元空间调优技巧：最小最大设置成一样大，防止忽大忽小，动态扩展。一般设置成物理内存的1 / 32。

虚拟机栈

????局部变量表：存放方法中声明的局部变量

????操作数栈：变量需要进行运算所要用到的操作数栈

????动态链接：指向方法在方法区的内存地址，也就是指向下图中的main方法对象或者add方法对象的内存地址

????返回地址：恢复现场。如果main方法调用了add方法，add方法执行完后，需要返回到main方法前面执行到的指令，则add方法中的返回地址则记录了main方法中程序计数器所执行到字节码指令

一个方法执行完JVM需要做的事情

????1. 恢复局部变量表指针

????2. 恢复操作数栈的指针

????3. 恢复程序计数器

????4. 如果方法有返回地址，则需要返回

????5. 清理栈帧(程序计数器做的)

new操作不是原子操作

????右边的图中我们可以看到new Test()所生成的字节码指令，并不是只有一条指令，而是由四条指令组成的，所以它不是一个原子操作。

0 new 
3 dup
4 invokespecial #调用构造函数,初始化
7 astore_1

????这就是为什么在单例模式的双检查锁DCL中，为什么要加volatile关键字了，防止这四个指令的重排序问题

每个非静态方法，局部变量表index=0的位置永远存放的都是this指针，有点类似于python里面每个方法的第一个参数是self的意思，this指针在调用init构造方法时完成赋值

堆的默认大小

????默认大小是物理内存的1 / 64，最大是1 / 4

虚拟机栈 -> 方法区的联系

????动态链接

堆 -> 方法区

????klass Pointer类型指针：对象执行类的Class对象的内存地址

方法区 -> 堆

????静态变量：例如public static Test test = new Test(), 静态属性在方法区，对象在堆中

指针压缩

????未开启指针压缩：内存地址占8字节。开启指针压缩：内存地址占4位

如何计算一个对象的大小

????要计算一个对象的大小，首先需要了解一下对象在JVM中的一个内存布局

????Mark Word:

????????32位机：4个字节

????????64位机：8个字节

????指针压缩：

????????开启：4个字节

????????未开启：8个字节

????对齐填充：按8个字节对齐填充

????首先看一个简单的对象，计算它的对象大小(引入jol-core包，可以查看对象大小)

????开启指针压缩的情况下，像这种没有普通属性的对象被称为空对象，来看看它的对象大小16B是怎么算出来的

????????首先是Mark Word = 8B，因为是64位的机器上

????????其次是类型指针，默认开启指针压缩，则类型指针 = 4B

????????数组长度 = 0B

????????实例数据 = 0B

????????对齐填充：8B + 4B不是8B对齐，需要填充4B，对齐填充= 4B

???? 最后，Test对象大小 = 8B + 4B + 0B + 0B + 4B = 16B

????关闭指针压缩的情况下：Test对象大小还是16B = 8B + 8B + 0B + 0B + 0B

????来看一个具有普通属性的对象

????我们可以看到该Test类开启了指针压缩，具有一个普通属性a，short占2B，最后得出来的对象大小为16B = 8B(Mark Word) + 4B(类型指针) + 0B(数组长度) + 2B(实例数据) + 2B(对齐填充)

????关闭指针压缩

????发现该Test对象大小为24B = 8B + 8B + 0B + 2B + 6B

????来看一下数组对象所占的内存大小

????我们可以看到开启指针压缩的情况下，arr数组对象占32B

????我们可以看到arr数组对象关闭指针压缩的情况下，对象大小占40B，并且数组对象会有2个padding(对齐填充).

????什么情况下对象的内存布局会产生2个padding

????????对象是数组对象并且关闭指针压缩的情况下，会产生2个padding

开启指针压缩的优势

????1. 节省JVM空间

????2. 提升JVM运行效率

JVM怎么做到在指针压缩的情况下还能运行

????假设有三个对象test1 = 16B、test2 = 32B、test3 = 24B。

????在内存中的地址分别为：test1 = 0x00000、test2 = 0x10000、test3 = 0x30000

????因为JVM采用8字节对齐1000，后面三位一定是000。所以可以将test1, test2, test3后面三位抹掉，那么在储存时就会变为test1= 0x00、test2 = 0x10、 test3 = 0x30，而在使用时，则将地址后面的三位000补充回来

开启指针压缩的情况下，一个oop(对象指针)能表示最大堆空间是多少

????我们知道开启指针压缩的情况下，类型指针占4字节，也就是32位，上一小节说到JVM储存时会抹掉后面的3位，也就是可以保存32 + 3 = 35位，最大内存空间也就是2的35次方，32G

oop(对象指针)如何扩容

????前面说到JVM采用8字节对齐，会抹掉后面的3位，如果我们让它采用16字节对齐，那么是不是可以抹掉最后面的4位，oop(对象指针)所能表示的堆空间则为2的32 + 4次方

JVM为什么不是16字节对齐

????如果采用16字节对齐的话，在使用时对齐填充浪费内存空间

虚拟机栈默认大小

????可以通过命令java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep ThreadStack栈大小为1024KB

虚拟机栈最小为160KB

????JVM对虚拟机栈做了最小的限制，限制为160KB

????我们可以看到通过-Xss参数设置虚拟机栈大小为100KB，发现控制台报错，最小为160KB