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图像解释 1. 虚拟机遇到一条new指令 ，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化。( 即判断类元信息是否存在)。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的Class类对象 2. 首先计算对象占用空间大小,接着在堆中划分一块内存给新对象。 如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即4个字节大小。 3.指针碰撞 如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（ Bump The Pointer )来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact(整理)过程的收集器时，使用指针碰撞。 4.空闲列表分配 如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容。这种分配方式成为"空闲列表( Free List ) ". 5.说明 选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。 6.设置对象头 将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。 7.init初始化 在Java程序的视角看来，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法,并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。
句柄访问 优点：reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时移动对象很普遍）时只会改变句柄中实例数据指针即可，reference本身不需要被修改。
直接指针
●不是虚拟机运行时数据区的一部分， 也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。 ●直接内存是在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。 ●来源于NIO， 通过存在堆中的Di rectByteBuffer操作Native内存 ●通常，访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高。 ➢因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。 ➢Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区 代码尝试
public class Test { private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;//1GB public static void main(String[] args) { //直接分配本地内存 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect (BUFFER); System.out.println("直接内存分配完毕，请求指示! "); Scanner scanner = new Scanner(System.in); scanner.next(); System.out.println("直接内存开始释放! "); byteBuffer = null; System.gc(); scanner.next(); } }import java.nio.ByteBuffer; import java.util.ArrayList;
/**
本地内存的OOM: OutOfMemoryError: Direct buffer memory
@author shkstart shkstart@126.com
@create 2020 0:09 */ public class BufferTest2 { private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 20;//20MB
public static void main(String[] args) { ArrayList list = new ArrayList<>();
int count = 0; try { while(true){ ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER); list.add(byteBuffer); count++; try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } finally { System.out.println(count); }} }
方式： 代码测试
import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; /** * @author shkstart shkstart@126.com * @create 2020 0:04 */ public class BufferTest1 { private static final String TO = "F:\\test\\异界BD中字.mp4"; private static final int _100Mb = 1024 * 1024 * 100; public static void main(String[] args) { long sum = 0; String src = "F:\\test\\异界BD中字.mp4"; for (int i = 0; i < 3; i++) { String dest = "F:\\test\\异界BD中字_" + i + ".mp4"; // sum += io(src,dest);//54606 sum += directBuffer(src,dest);//50244 } System.out.println("总花费的时间为：" + sum ); } private static long directBuffer(String src,String dest) { long start = System.currentTimeMillis(); FileChannel inChannel = null; FileChannel outChannel = null; try { inChannel = new FileInputStream(src).getChannel(); outChannel = new FileOutputStream(dest).getChannel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_100Mb); while (inChannel.read(byteBuffer) != -1) { byteBuffer.flip();//修改为读数据模式 outChannel.write(byteBuffer); byteBuffer.clear();//清空 } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (inChannel != null) { try { inChannel.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } if (outChannel != null) { try { outChannel.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } long end = System.currentTimeMillis(); return end - start; } private static long io(String src,String dest) { long start = System.currentTimeMillis(); FileInputStream fis = null; FileOutputStream fos = null; try { fis = new FileInputStream(src); fos = new FileOutputStream(dest); byte[] buffer = new byte[_100Mb]; while (true) { int len = fis.read(buffer); if (len == -1) { break; } fos.write(buffer, 0, len); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (fis != null) { try { fis.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } if (fos != null) { try { fos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } long end = System.currentTimeMillis(); return end - start; } }●也可能导致OutOfMemoryError异常 ●由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于-Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。
●缺点 ➢分配回收成本较高 ➢不受JVM内存回收管理 ●直接内存 大小可以通过MaxDirectMemorySize设置 ●如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx参数值一致 测试代码
import sun.misc.Unsafe; import java.lang.reflect.Field; /** * -Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m * @author shkstart shkstart@126.com * @create 2020 0:36 */ public class MaxDirectMemorySizeTest { private static final long _1MB = 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException { Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0]; unsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe)unsafeField.get(null); while(true){ unsafe.allocateMemory(_1MB); } } }执行引擎是Java虚拟机核心的组成部分之一。 “虚拟机”是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。
JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JVM所识别的字节码指令、符号表，以及其他辅助信息。那么，如果想要让一个Java程序运行起来，执行引擎(Execution Engine)的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才可以。简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。
1)执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于Pc寄存器。 2）每当执行完一项指令操作后，Pc寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。 3)当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息,以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。
从外观上来看,所有的Java虚拟机的执行引擎输入、输出都是一致的:输入的是字节码二进制流，处理过程是字节码解析执行的等效过程，输出的是执行结果。
问题:什么是解释器(Interpreter)，什么是JIT编译器? 解释器:当Java虚拟机启动时会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。 JIT (Just In Time Compiler)编译器:就是虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言 问题:为什么说Java是半编译半解释型语言? JDK1.时代，将Java语言定位为“解释执行”还是比较准确的。再后来，java也发展出可以直接生成本地代码的编译器。 现在JVM在执行ava代码的时候，通常都会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。
是一种中间状态(中间码)的二进制代码(文件)，它比机器码更抽象，需要直译器转译后才能成为机器码 字节码主要为了实现特定软件运行和软件环境、与硬件环境无关。
●字节码的实现方式是通过编译器和虛拟机器。编译器将源码编译成字节码，特定平台上的虚拟机器将字节码转译为可以直接执行的指令。 ➢字节码的典型应用为Java bytecode.
解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据Pc寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。
分类 ●字节码解释器在执行时通过纯软件代码模拟字节码的执行，效率非常低下。 ●而模板解释器将每一条字节码和一个模板函数**相关联，**模板函数中直接产生这条字节码执行时的机器码，从而很大程度上提高了解释器的性能。
第一种是将源代码编译成字节码文件，然后在运行时通过解释器将字节码文件转为机器码执行 第二种是编译执行(直接编译成机器码)。现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译技术(JIT,Just In Time) 将方法编译成机器码后再执行
解释器和编译器共同工作的原因 当程序启动后，解释器可以马上发挥作用，省去编译的时间，立即执行。编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后，执行效率高。同时，解释执行在编译器进行激进优化不成立的时候，作为编译器的“逃生门”
HotSpot JVM的执行方式 当虚拟机启动的时候，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编泽完成再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。并且随着程序运行时间的准移，即时编译器逐渐发挥作用，根据热点探测功能，将有价值的字节码编译为本地机器指令，以换取更高的程序执行效率。
Java语言的“编译期” 其实是一 段“不确定”的操作过程，因为它可能是指一个前端编译器(其实叫“编译器的前端” 更准确一 些)把. java文件转变成.class文件的过程; 也可能是指虚拟机的后端运行期编译器(JIT编译器，Just In Time Compiler)把字节码转变成机器码的过程。 还可能是指使用静态提前编译器(AOT 编译器，Ahead Of Time Compiler)直接把.java文件编译成本地机器代码的过程。
前端编译器: Sun的Javac、 Eclipse JDT中的增量式编译器(ECJ)。JIT编译器: HotSpot VM的C1、C2编译器。
AOT编译器: GNU Compiler for the Java (GCJ) 、Excelsior JET 。
热点代码及探测方式 当然是否需要启动JIT编译器将字节码直接编译为对应平台的本地机器指令，则需要根据代码被调用执行频率而定。关于那些需要被编译为本地代码的字节码，也被称之为“热点代码”|，JIT编译器在运行时会针对那些频繁被调用的“热点代码”做出深度优化，将其直接编译为对应平台的本地机器指令，以此提升Java程序的执行性能。
●一个被多次调用的方法，或者是方法体内部循环次数较多的循环体都可以被称之为**“热点代码**”，因此都可以通过JIT编译器编译为本地机器指令。由于这种编译方式发生在方法的执行过程中，因此也被称之为栈上替换，或简称为OSR (On StackReplacement)编译。
●一个方法究竟要被调用多少次，或者一个循环体究竟需要执行多少次循环才可以达到这个标准?必然需要一个明确的國值，JIT编译器才会将这些“热点代码”编译为本地机器指令执行。这里主要依靠热点探测功能。 目前HotSpot VM所采用的热点探测方式是基于计数器的热点探测。 ●采用基于计数器的热点探测，HotSpot JVM将会为每一个方法都建立2个不同类型的计数器，分别为方法调用计数器(Invocation Counter) 和回边计数器(BackEdge Counter) 。 ➢方法调用计数器用于统计方法的调用次数 ➢回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数
●这个计数器就用于统计方法被调用的次数，它的默认阈值在Client 模式下是1500次，在Server:模式下是10000 次。超过这个阈值，就会触发JIT编译。 ●这个阈值可以通过虚拟机参数-XX :CompileThreshold来人为设定。 ●当一个方法被调用时，会先检查该方法是否存在被JIT 编译过的版本，如果存在，则优先使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已被编译过的版本，则将此方法的调用计数器值加1， 然后判断方法调用计数器与回边计数器值之和是否超过方法调用计数器的阈值。如果已超过阈值，那么将会向即.时编译器提交一个该方法的代码编译请求。 热度衰减 ●如果不做任何设置，方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。当超过一定的时间限度，如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计数器热度的衰减(Counter Decay) ，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期(Counter Half Life Time) ●进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的，可以使用虚拟机参数**-XX:-UseCounterDecay来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数**，这样，只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码。 另外，可以使用**-XX: CounterHalfLifeTime参数设置半衰周期**的时间，单位是秒。
它的作用是统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边”(Back Edge)。显然，建立回边计数器统计的目的就是为了触发 OSR编译。
缺省情况下HotSpot JVM是采用解释器与即时编译器并存的架构，当然开发人员可以根据具体的应用场景，通过命令显式地为Java虚拟机指定在运行时到底是完全采用解释器执行，还是完全采用即时编译器执行。如下所示: ➢ -Xint: 完全采用解释器模式执行程序; ➢-Xcomp: 完全采用即时编译器模式执行程序。如果即时编译出现问题，解释器会介入执行。 ➢-Xmixed:采用解释器+即时编译器的混合模式共同执行程序。
在HotSpot VM中内嵌有两个JIT编译器，分别为Client Compiler和ServerCompiler, 但大多数情况下我们简称为C1编译器和C2编译器。开发人员可以通过如下命令显式指定Java虚拟机在运行时到底使用哪一 种即时编译器，如下所示: -client:指定Java虚拟机运行在Client模式下，并使用C1编译器; ➢C1编译器会对字节码进行简单和可靠的优化，耗时短。以达到更快的编译速度。 -server:指定Java虚拟机运行在Server模式下，并使用c2编译器。 ➢C2进行耗时较长的优化，以及激进优化。但优化的代码执行效率更高。
C1和C2编译器不同的优化策略: ●C1编译器 ➢方法内联:将引用的函数代码编译到引用点处，这样可以减少栈帧的生成，减少参数传递以及跳转过程 ➢去虚拟化:对唯一的实现类进行内联 ➢冗余消除:在运行期间把一些不会执行的代码折叠掉
●C2(编译器是c++编写)的优化主要是在全局层面，逃逸分析是优化的基础。基于逃逸分析在C2.上有如下几种优化: ➢标量替换:用标量值代替聚合对象的属性值 ➢栈上分配:对于未逃逸的对象分配对象在栈而不是堆 ➢同步消除:清除同步操作，通常指synchronized
分层编译（Tiered compilation）策略:程序解释执行（不开启性能监控）可以触发c1编译，将字节码编译成机器码，可以进行简单优化，也可以加上性能监控，C2编译会根据性能监控信息进行激进优化。 不过在Java7版本之后，一旦开发人员在程序中显式指定命令“-server"时，默认将会开启分层编译策略，由c1编译器和c2编译器相互协作共同来扶行编译任务。
总结：c2编译器启动时长比c1编译器慢，系统稳定执行以后，C2编译器执行速度远远快于c1编译器。
Graal编译器 AOT编译器
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