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JVM基础结构与字节码执行引擎

程序员文章站 2022-06-22 07:55:09
基础结构 内部结构如下:栈、堆。 栈 中的栈主要是指线程里面的栈,里面有方法栈、 方法栈、 寄存器等等;每个方法栈是由栈帧组成的;每个栈帧是由局部变量表、操作数栈等组成。 每个栈帧其实就代表一个方法 堆 中所有对象都在堆中分配;堆中对象又分为年轻代、老年代等等,不同代的对象使用不同垃圾回收算法。 : ......

jvm基础结构

jvm内部结构如下:栈、堆。
JVM基础结构与字节码执行引擎

jvm中的栈主要是指线程里面的栈,里面有方法栈、native方法栈、pc寄存器等等;每个方法栈是由栈帧组成的;每个栈帧是由局部变量表、操作数栈等组成。

每个栈帧其实就代表一个方法

java中所有对象都在堆中分配;堆中对象又分为年轻代、老年代等等,不同代的对象使用不同垃圾回收算法。

-xms:启动虚拟机预留的内存
-xmx:最大的堆内存

一、堆的分代假设

根据研究表明,堆中对象大部分都是创建后,立马就可以被销毁的。如:
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为了优化堆中的内存,将堆中对象分为不同代。在年轻代中,gc发生比较频繁;在老年代中,gc发生比较少。

二、堆的分代

  • 年轻代:young generation
  • 老年代:old generation/tenured
  • 永久代:permanent generation

永久代在java虚拟机规范中是没有的,但是host spot虚拟机中有。
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三、方法区

方法区被所有线程共享;方法区是用来存储编译后的代码,即存储每个类的运行时常量池、字段和方法。
方法区在虚拟机启动时创建;虽然方法区在逻辑上是堆的一部分,但在一些简单的实现中,方法区可以选择不进行垃圾回收和紧凑化。

方法区在java8的变化

  • java7之前:方法区的实现:永久代,是作为堆的一部分;
  • java8之后:方法区的实现:metaspace,是堆外的内存;

1、为什么要这样改变?
因为java可以动态加载字节码信息,这样方法区就会慢慢的挤占堆中内存。为了避免与堆争抢内存,java8将方法区的实现移至堆外。
2、方法区、永久代、metaspace的区别?
方法区是java虚拟机规范所规定的一个概念。其中java7实现方法区的地方称为永久代;java8实现方法区的地方称为metaspace


字节码文件的结构

java程序在运行的时候,将源码编译成字节码,字节码在不同系统上的jvm翻译成对应的机器码。这是java平台无关性的基础
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但是,编译后的字节码是如何读取到jvm中的?字节码执行引擎是如何识别、执行指令?
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1、如何查看字节码文件

  • classpy工具
  • ideajclasslib bytecode viewer插件

2、字节码文件结构
一个字节码文件包含以下部分:
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(1)magic:0xcafebabe
class文件的magic code,用于标识该文件是class文件。

(2)minor_versionmajor_version
用于标识该class文件的版本,防止高版本的class文件被低版本的jvm读取并执行。

(3)constant_pool:常量池
用于存储该class文件经常被使用的信息,优化内存。比如说system.out.print()

(4)access_flag
表示这个类得访问权限,对应到java源码就是publicfinal之类的


字节码执行引擎

这里以一个线程为例。一般来说,一个方法栈最底层的栈帧都是thread.run方法。当一个线程准备调用另一个方法时,会先将实参拷贝一份到新栈帧的局部变量表里,然后再执行代码。
1、局部变量表
每次调用新方法时,会默认将当前对象的地址this作为局部变量表的第一个参数;后面存放传过来的参数。这与javascript的做法很相似。

2、方法调用的相关指令

  • invokevirtual:一般实例方法,有多态;
  • invokeinterface:接口方法,有多态
  • invokestatuc:静态方法,无多态
  • invokespecial:特殊方法,无多态
  • invokedynamic:动态调用,jdk7新增,方法无需在编译时确定

3、方法调用的过程
(1)在开始时

  • 方法栈新增一个栈帧;
  • 实例方法的this、参数放到局部变量表中;
  • 开始新栈帧中字节码的执行;

(2)在返回时

  • 将返回值放在调用者方法栈帧中的操作数栈上;

(3)在异常出现时

  • 寻找匹配的异常处理代码

(4)在finally

  • 为每个分支新增一个跳转

4、为什么mockitoeasymock无法对privatestatic方法进行mock
因为他们mock方法是通过覆盖这些方法来实现的,而privatestatic没法被覆盖。powermock是通过修改字节码文件达到mock私有、静态方法的。