JVM进阶 -- 浅谈字段访问优化
概念在实际中,Java程序中的对象或许本身就是逃逸的,或许因为方法内联不够彻底而被即时编译器当成是逃逸的,这两种情况都将导致即时编译器无法进行标量替换,这时,针对对象字段访问的优化显得更为重要。
1234static int bar(Foo o, int x) { o.a = x; return o.a;}
对象o是传入参数,不属于逃逸分析的范围(JVM中的逃逸分析针对的是新建对象)
该方法会将所传入的int型参数x的值存储至实例字段Foo.a中,然后再读取并返回同一字段的值
这段代码涉及两次内存访问操作:存储和读取实例字段Foo.a
代码可以手工优化成如下
1234static int bar(Foo o, int x) { o.a = x; return x;}
即时编译器也能作出类似的自动优化
字段读取优化
即时编译器会优化实例字段和静态字段的访问,以减少总的内存访问次数
即时编译器将沿着控制流,缓存各个字段存储节点将要存储的值,或者字段读取节点所得到的值
当即时编译器遇到对同一字段的读取节点时,如果缓存值还没有失效,那么将读取节 ...
JVM进阶 -- 浅谈逃逸分析
概念
在JVM即时编译语境下,逃逸分析将判断新建的对象是否逃逸
即时编译器判断对象是否逃逸的依据
对象是否被存入堆中(静态字段或者堆中对象的实例字段)
堆是线程共享的,其他线程可以获得该对象的引用
对象是否被传入未知代码
JVM即时编译是以方法为单位的
对于方法中未被内联的方法调用,即时编译器会将其当做未知代码
方法调用的调用者以及参数是逃逸的
注:方法内联可以简单理解,在即时编译过程中遇到方法调用时
将目标方法的方法体纳入到编译范围之中,并取代原方法调用的优化手段
foreach语法糖
12345public void forEach(ArrayList<Object> list, Consumer<Object> f) { for (Object obj : list) { f.accept(obj); }}
等价代码
1234567public void forEach(ArrayList<Object> list, Consumer<Object> f) { ...
JVM基础 -- 字节码
操作数栈
JVM是基于栈的计算模型
在解析过程中,每当为Java方法分配栈帧时
执行每条执行之前,JVM要求该指令的操作数已被压入操作数栈中
在执行指令时,JVM会将该指令所需要的操作数弹出,并将该指令的结果重新压入栈中
iadd
执行iadd之前,栈顶的元素为int值1和int值2
执行iadd指令会将弹出这两个int,并将求得的和int值3压入栈中
iadd只消耗栈顶的两个元素,iadd并不关心更远的元素,也不会对它们进行修改
dup + pop
dup和pop只能处理非long和非double类型的值
long类型和double类型需要占据两个栈单元,对应使用dup2和pop2
dup
dup:复制栈顶元素
dup指令常用于复制new指令生成的未经初始化的引用
123456789101112131415public void dup() { Object o = new Object();}// 对应的字节码public void dup(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, l ...
JVM进阶 -- 浅谈即时编译
概念
即时编译是用来提升应用运行效率的技术
代码会先在JVM上解释执行,之后反复执行的热点代码会被即时翻译成为机器码,直接运行在底层硬件上
分层编译
HotSpot包含多个即时编译器:C1、C2和Graal(Java 10,实验性)
在Java 7之前,需要根据程序的特性选择对应的即时编译器
对于执行时间较短或对启动性能有要求的程序,采用编译效率较快的C1,对应参数:-client
对于执行时间较长或对峰值性能有要求的程序,采用生成代码执行效率较快的C2,对应参数:-server
Java 7引入了分层编译(-XX:+TieredCompilation),综合了C1的启动性能优势和C2的峰值性能优势
分层编译将JVM的执行状态分了5个层次
0:解释执行(也会profiling)
1:执行不带profiling的C1代码
2:执行仅带方法调用次数和循环回边执行次数profiling的C1代码
3:执行带所有profiling的C1代码
4:执行C2代码
通常情况下,C2代码的执行效率比C1代码高出30%以上
对于C1代码的三种状态,按执行效率从高至低:1层 > 2层 > 3层
1层的性 ...
JVM基础 -- Java语法糖
自动装拆箱Java代码12345public int foo() { List<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(0); return list.get(0);}
字节码12345678910111213141516171819202122232425public int foo(); descriptor: ()I flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=2, args_size=1 0: new // class java/util/ArrayList 3: dup 4: invokespecial // Method java/util/ArrayList."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: iconst_0 // 自动装箱 10: ...
JVM基础 -- 浅谈synchronized
抽象算法synchronized代码块12345public void foo(Object lock) { synchronized (lock) { lock.hashCode(); }}
12345678910111213141516171819202122232425public void foo(java.lang.Object); descriptor: (Ljava/lang/Object;)V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=4, args_size=2 0: aload_1 1: dup 2: astore_2 3: monitorenter 4: aload_1 5: invokevirtual #2 // Method java/lang/Object.hashCode:()I 8: pop 9: aload_2 10: ...
JVM基础 -- Java内存模型
JIT的重排序Java代码1234567891011121314public class JMM { private int a = 0; private int b = 0; public void method1() { int r2 = a; // A1 b = 1; // A2 } public void method2() { int r1 = b; // B1 a = 2; // B2 }}
单线程,method1->method2,**(r1,r2)=(1,0)**
单线程,method2->method1,**(r1,r2)=(0,2)**
多线程,没有重排序,A1->B1->A2->B2,**(r1,r2)=(0,0)**
多线程,重排序,A2->B1->B2->A1,**(r1,r2)=(1,2)**
As-If-Serial
在单线程情况下, ...
JVM基础 -- 垃圾回收基础
判定对象存亡垃圾回收标记的是非垃圾
引用计数法
为每个对象添加一个引用计数器,用来统计指向该对象的引用个数
如果有一个引用,被赋值为某一对象,那么将该对象的引用计数器+1
如果指向某一对象的引用,被赋值为其他值,那么该对象的引用计数器-1
一旦某个对象的引用计数器为0,说明对象已经死亡
缺点
额外的空间来存储计数器 + 繁琐的更新操作
无法处理循环引用的场景,造成内存泄露
可达性分析
将一系列GC Roots作为初识存活对象合集
标记:从该集合出发,探索所有能够被该集合引用到的对象,并将其加入到该集合中
最终未被探索到的对象便是死亡,可以被回收
GC Roots:堆外指向堆内的引用,一般包括
Java方法栈帧中的局部变量
已加载类的静态变量
已启动且未停止的Java线程
JNI MethodHandles
STW + 安全点
JVM中的STW是通过安全点机制来实现的
当JVM收到STW请求时,会等待所有的线程都到达安全点,才允许请求STW的线程进行独占地工作
安全点的初衷并不是让其他线程停下,而是找到一个稳定的执行状态
在这个执行状态下,JVM的堆栈不会发生变化
垃圾回收器能够安全地执 ...
JVM基础 -- Java对象的内存布局
创建对象
new + 反射
通过调用构造器来初始化实例字段
Object.clone + 反序列化
通过直接复制已有的数据,来初始化新建对象的实例字段
Unsafe.allocateInstance
不会初始化实例字段
123456// Foo foo = new Foo();对应的字节码// new指令:请求内存0: new // class me/zhongmingmao/basic/jol/Foo3: dup// invokespecial指令:调用构造器4: invokespecial // Method "<init>":()V
Java构造器默认构造器如果一个类没有定义任何构造器,那么Java编译器会自动添加一个无参数的构造器
Java代码123456// 未定义任何构造器public class Foo { public static void main(String[] args) { Foo foo = new Foo(); }}
字节码12 ...
JVM基础 -- 浅谈反射
反射API获取Class对象
Class.forName()
object.getClass()
类名.class
Integer.TYPE指向int.class
数组类型:类名[].class
1public static final Class<Integer> TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");
常规用法
newInstance()
生成该类实例
需要无参构造器
isInstance(Object)
判断一个对象是否为该类的实例
语法上等同于instanceOf,在JIT优化时会有所差别
Array.newInstance(Class<?>, int)
构造该类型的数组
getFields()/getConstructors()/ getMethods()
访问类成员
带Declared的方法不会返回父类成员,但会返回私有成员;不带Declared的方法恰好相反
获取类成员后
Field/Constructor& ...