JVM 02

今天是2025/03/23 19:07 day 10

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今天进行JVM 3,4 个模块的归纳

首先是JVM的相关内容概括的思维导图

3. 类加载机制

加载过程

1. 加载（Loading）

   • 通过类全限定名获取类的二进制字节流（如从JAR包、网络、动态代理生成等）。

   • 将字节流转化为方法区的运行时数据结构，生成Class对象作为访问入口。

2. 验证（Verification）

   • 文件格式验证：检查魔数、版本号等是否符合JVM规范。

   • 元数据验证：语义校验（如是否有父类、是否继承final类等）。

   • 字节码验证：确保代码逻辑合法（如类型转换、跳转指令）。

   • 符号引用验证：确保符号引用能正确解析到目标类/方法/字段。

3. 准备（Preparation）

   • 为静态变量（static修饰）分配内存（方法区），并赋默认零值（如int=0，引用=null）。

   • 若字段被final修饰且是基本类型/字符串常量，直接赋程序设定的初始值（无需等到初始化阶段）。

4. 解析（Resolution）

   • 将常量池中的符号引用（类、方法、字段的间接引用）替换为直接引用（内存地址偏移量）。

   • 解析可能发生在初始化之前（静态绑定）或之后（动态绑定，如虚方法调用）。

5. 初始化（Initialization）

   • 执行类构造器<clinit>()方法，合并类中所有静态变量的赋值动作和静态代码块。

   • JVM保证父类的<clinit>()先于子类执行。

   • 初始化是触发类加载的最终步骤（如new、反射调用、主类加载等）。

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类加载器

1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

   • 由C++实现，加载JAVA_HOME/lib下的核心类库（如rt.jar）。

   • 唯一不继承ClassLoader的加载器，Java代码中无法直接引用。

2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

   • Java实现，加载JAVA_HOME/lib/ext目录的扩展类。

   • 是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader的实例。

3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）

   • 加载用户类路径（ClassPath）下的类，是默认的类加载器。

   • 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

4. 自定义类加载器

   • 继承ClassLoader类，重写findClass()方法，实现从特定路径加载类。

   • 典型场景：热部署、模块化加载、加密类文件解密。

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双亲委派模型

• 工作原理： 子加载器收到加载请求后，先委派父加载器尝试加载，父加载器无法完成时，子加载器才自行加载。

• 优点：

  • 避免类重复加载（如java.lang.Object只会由Bootstrap加载一次）。

  • 防止核心类被篡改（自定义的java.lang.String不会被加载）。

• 打破双亲委派：

  • SPI机制（如JDBC驱动加载）：使用线程上下文类加载器（TCCL）逆向委派。

  • OSGi模块化：自定义类加载器实现网状委派。

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4. 执行引擎

解释器（Interpreter）

• 逐行解释执行字节码，无需等待编译，启动速度快。

• 适用于短生命周期或低频执行的代码（如一次性任务）。

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JIT编译器（Just-In-Time）

1. C1编译器（Client Compiler）

   • 轻量级优化，编译速度快，适合对启动速度敏感的应用（如GUI程序）。

   • 优化手段：方法内联、去虚拟化、冗余消除。

2. C2编译器（Server Compiler）

   • 深度优化，生成高效本地代码，适合长时间运行的服务端应用。

   • 优化手段：逃逸分析、锁消除、循环展开。

3. 分层编译（Tiered Compilation）

   • JDK7+默认策略，结合C1和C2：

     • Level 0：解释执行。

     • Level 1~3：C1编译（带基础性能监控）。

     • Level 4：C2编译（激进优化）。

   • 通过-XX:+TieredCompilation启用。

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热点代码检测

• 方法调用计数器：统计方法调用次数，触发JIT编译（阈值：Client模式1500次，Server模式10000次）。

• 回边计数器：统计循环体执行次数，触发OSR（栈上替换）编译。

• 热度衰减：计数器半衰期（-XX:CounterHalfLifeTime），避免长期未触发的代码占用资源。

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编译优化技术

1. 方法内联（Inlining）

   • 将小方法（如Getter/Setter）直接嵌入调用处，减少栈帧开销。

   • 受-XX:MaxInlineSize（默认35字节）控制。

2. 逃逸分析（Escape Analysis）

   • 判断对象是否仅在方法内部使用（未逃逸），若成立则：

     • 栈上分配：对象直接在栈上分配，避免堆内存压力。

     • 标量替换：将对象拆分为基本类型字段，消除对象头开销。

3. 锁消除（Lock Elision）

   • 基于逃逸分析，若锁对象未逃逸（线程私有），直接移除同步操作。

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本地方法接口（JNI）

• 允许Java代码调用C/C++编写的本地方法（如native修饰的方法）。

• 典型场景：

  • 操作系统底层操作（如文件IO）。

  • 高性能计算（如矩阵运算）。

• 缺点：

  • 破坏平台无关性。

  • JNI调用开销较大（需切换上下文）。

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• 类加载机制通过双亲委派保障安全性和一致性，支持动态扩展（如SPI）。

• 执行引擎通过解释器与JIT编译器的协同，平衡启动速度和运行效率，结合逃逸分析等优化技术提升性能。