JVM 基础 VM运行机制

1，JVM启动流程

2，JVM基本结构

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

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栈
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

Java栈 – 栈上分配

public class OnStackTest {    public static void alloc(){        byte[] b=new byte[2];        b[0]=1;    }    public static void main(String[] args) {        long b=System.currentTimeMillis();        for(int i=0;i<100000000;i++){            alloc();        }        long e=System.currentTimeMillis();        System.out.println(e-b);    }}

server -Xmx10m -Xms10m-XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC输出 ： 5

-server -Xmx10m -Xms10m  -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC输出：……[GC 3550K->478K(10240K), 0.0000977 secs][GC 3550K->478K(10240K), 0.0001361 secs][GC 3550K->478K(10240K), 0.0000963 secs]564

java栈 – 栈上分配
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

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);}}<span style="color:#ff0000;"></span>

没有volatile -server 运行 无法停止

volatile 不能代替锁 线程不安全

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
1，volatile

2，synchronized （unlock之前，写变量值回主存）

3，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;
指令重排 – 破坏线程间的有序性

class OrderExample {int a = 0;boolean flag = false;public void writer() {a = 1;flag = true;}public void reader() {    if (flag) {                        int i =  a +1;              ……    }}}

线程A首先执行writer()方法
线程B线程接着执行reader()方法
线程B在int i=a+1 是不一定能看到a已经被赋值为1
因为在writer中，两句话顺序可能打乱

指令重排 – 保证有序性的方法

class OrderExample {int a = 0;boolean flag = false;public synchronized void writer() {a = 1;flag = true;}public synchronized void reader() {    if (flag) {                        int i =  a +1;              ……    }}}

同步后，即使做了writer重排，因为互斥的缘故，reader 线程看writer线程也是顺序执行的。

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