JVM

JVM介绍

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因。

JIT与JVM的三种执行模式：解释模式、编译模式、混合模式

    Java JIT（just in time）即时编译器是sun公司采用了hotspot虚拟机取代其开发的classic vm之后引入的一项技术，目的在于提高java程序的性能，改变人们“java比C/C++慢很多”这一尴尬印象。

 

说起来是编译器，但此编译器与通常说的javac那个编译器不同，它其实是将字节码编译为硬件可执行的机器码的。

如上图可以看出，整个java应用程序的执行过程如下：

1、源代码经javac编译成字节码，class文件

2、程序字节码经过JIT环境变量进行判断，是否属于“热点代码”（多次调用的方法，或循环等）

3、如是，走JIT编译为具体硬件处理器（如sparc、intel）机器码

4、如否，则直接由解释器解释执行

5、操作系统及类库调用

6、硬件

以上实际上是JVM的“混合模式”对java程序的执行方式。

 

jvm还有两种执行方式： 解释执行和编译执行

     对于解释执行，不经过jit直接由解释器解释执行所有字节码，执行效率不高。 而编译执行不加筛选的将全部代码进行编译机器码不论其执行频率是否有编译价值，在程序响应时间的限制下，编译器没法采用编译耗时较高的优化技术（因为JIT的编译是首次运行或启动的时候进行的！），所以，在纯编译执行模式下的java程序执行效率跟C/C++也是具有较大差距的。

因此，新版本的jvm默认都是采用混合执行模式。

 

 

     这里有个特别的例子，BEA公司为服务器硬件和服务端应用专门打造的高度优化的虚拟机————jrockit，由于面向服务端应用，所以它并不在意和关注程序的启动速度，jrockit并不实现解释器，而是将所有代码都交由jit做即时编译执行。

    jit并不一定总能提高程序的执行效率甚至适得其反，这很大一部分取决于开发人员所写的程序质量，作为优秀的工程师应该会写出对jit友好的程序。

垃圾回收机制

内存回收就是释放掉在内存中已经没用的对象。

首先，要判断怎样的对象是没用的对象。这里有2种方法：

1.采用标记计数的方法：

给内存中的对象给打上标记，对象被引用一次，计数就加1，引用被释放了，计数就减一，当这个计数为0的时候，这个对象就可以被回收了。当然，这也就引发了一个问题：循环引用的对象是无法被识别出来并且被回收的。所以就有了第二种方法：

2.采用根搜索算法：

从一个根出发，搜索所有的可达对象，这样剩下的那些对象就是需要被回收的

判断完了哪些对象是没用的，这样就可以进行回收了

最简单的，就是直接清空那个需要被回收的对象。但是这又出现了一个问题，就是内存会被分为一块一块的小碎片。

为了解决这个问题，可以采用第二种方法，就是在之前的基础上将存活的对象给整理一下，使他们变成一个连续的内存，从而释放出连续的较大的内存空间。

还有一中回收方法就是采用复制的办法：将内存分为2块，一块用来存放对象，另一块用来放着，当存放对象的那块满了以后就将上面存活的对象给复制过来，然后在这块内存上工作，并且将之前的内存清空，当自己这块满了以后再复制回去，如此反复。

 

比较效率的一中做法是将以上的几种方法给结合起来。

首先将内存分块，分为新生代，老年代和永久代。

永久代用来存放代码，等一些基本不改变的数据，

新生代用来存放刚产生的一些对象，新生代又可分为3块。分别为Edon区，Survivor0,survivor1,刚产生的对象是放在Edon区中，当这个区块放满了以后就将其存活的部分复制到survivor0块中，并且将Edon区中的数据清空，等到survivor0满了就将其中的存活的数据放到survivor1中，清空survivor0,垃圾回收到了一定次数还未被回收的对象，就可以放到老年区。一般来说，刚才产生的对象大多是要在下一次垃圾回收的时候就要被回收掉的，只有一小部分对象会被保留下来，这些被保留下来的对象都是比较稳定的，所以在老年区中的对象回收方法可以采用整理的方法，而在Edon区等新生代中采用复制的方法比较好。

 

 

这里，基本上就讲完了。

万一被问到还有呢。。想了想，还可以扯些其他方面的：

垃圾回收他是在虚拟机空闲的时候或者内存紧张的时候执行的，什么时候回收不是由程序员来控制的，这也就是Java比较耗内存的原因之一。

还有在垃圾回收的时候当检测到对象没有用了，需要被回收的时候并不会马上被回收，而是将其放入到一个准备回收的队列，去执行finalize方法。。然等到下次内存回收的时候要是他还是没有被任何人引用的话，就将其给回收了。(如果在finalize方法中重新给对象加个引用，这样对象是有可能不会被回收的)不过finalize方法不推荐使用，他跟C++中的析构函数不同，我们既不能确定什么时候他回被回收，也不能保证这个方法一定会被执行。

JAVA性能优化

大多说针对内存的调优，都是针对于特定情况的。但是实际中，调优很难与JAVA运行动态特性的实际情况和工作负载保持一致。也就是说，几乎不可能通过单纯的调优来达到消除GC的目的。

真正影响JAVA程序性能的，就是碎片化。碎片是JAVA堆内存中的空闲空间，可能是TLAB剩余空间，也可能是被释放掉的具有较长生命周期的小对象占用的空间。

下面是一些在实际写程序的过程中应该注意的点，养成这些习惯可以在一定程度上减少内存的无谓消耗，进一步就可以减少因为内存不足导致GC不断。类似的这种经验可以多积累交流：

1.     减少new对象。每次new对象之后，都要开辟新的内存空间。这些对象不被引用之后，还要回收掉。因此，如果最大限度地合理重用对象，或者使用基本数据类型替代对象，都有助于节省内存；

2.     多使用局部变量，减少使用静态变量。局部变量被创建在栈中，存取速度快。静态变量则是在堆内存；

3.     避免使用finalize，该方法会给GC增添很大的负担；

4.     如果是单线程，尽量使用非多线程安全的，因为线程安全来自于同步机制，同步机制会降低性能。例如，单线程程序，能使用HashMap，就不要用HashTable。同理，尽量减少使用synchronized

5.     用移位符号替代乘除号。eg：a*8应该写作a<<3

6.     对于经常反复使用的对象使用缓存；

7.     尽量使用基本类型而不是包装类型，尽量使用一维数组而不是二维数组；

8.     尽量使用final修饰符，final表示不可修改，访问效率高

9.     单线程情况下（或者是针对于局部变量），字符串尽量使用StringBuilder，比StringBuffer要快；

尽量使用StringBuffer来连接字符串。这里需要注意的是，StringBuffer的默认缓存容量是16个字符，如果超过16，apend方法调用私有的expandCapacity()方法，来保证足够的缓存容量。因此，如果可以预设StringBuffer的容量，避免append再去扩展容量，示例下面两个示例。

示例一：

StringBuffer st = new StringBuffer(50);

st.append("let us cook");

st.append(" ");

st.append("a matcha cake for our dinner");

String s = st.toString();

示例二：

public String toString() {

    return new StringBuilder().append("[").append(name).append("]")

                .append("[").append(Message).append("]")

                .append("[").append(salary).append("]").toString();

}