JVM运行机制

JVM启动流程

JVM基本结构

PC寄存器

–-每个线程拥有一个PC寄存器

–-在线程创建时 创建

–-指向下一条指令的地址

–-执行本地方法时，PC的值为undefined

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

栈、堆、方法区交互

//运行时, jvm 把AppMain的信息都放入方法区 
public class AppMain{
    //main 方法本身放入方法区。
    public static void main(String[] args) {
        //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 test1 = new Sample("测试1");
        Sample test2 = new Sample("测试2");
        test1.printName();
        test2.printName();
    }
}

//运行时, jvm 把Sample的信息都放入方法区 
public class Sample{
     //new Sample实例后， name引用放入栈区里， name对象放入堆里 
    private String name;
    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);
    }
}

JVM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内存时，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

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);
　　}
}

没有volatile -server 运行 无法停止

与内存模型的几个概念

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

--volatile

--synchronized （unlock之前，写变量值回主存）

--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;(执行的顺序无所谓，效果一样，编译器酌情做重排)

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
　　线程A在writer方法中执行顺序有可能是：flag=true；a=1。线程B在执行flag=true时a=0。线程A与线程B并行执行。

如何防止指令重排破坏线程之间的有序性呢？有时候我们需要保证线程之间的有序性。

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。
      两个同步方法，它们使用的是同一把锁，假设线程A在执行writer方法，因为只有一把锁，且被线程A持有，线程B拿不到，即使线程A指令重排了，flag=true；a=1；线程B执行reader方法时，a=1方法一定执行完了.
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

Java中字节码(bytecode)执行的两种方式
解释运行
--解释执行以解释方式运行字节码
--解释执行的意思是：读一句执行一句
编译运行（JIT）
--将字节码编译成机器码
--直接执行机器码
--运行时编译
--编译后性能有数量级的提升