JVM基礎結構與位元組碼執行引擎
- 2020 年 4 月 10 日
- 筆記
JVM基礎結構
JVM內部結構如下：棧、堆。
棧
JVM中的棧主要是指執行緒裡面的棧，裡面有方法棧、native方法棧、PC暫存器等等；每個方法棧是由棧幀組成的；每個棧幀是由局部變數表、操作數棧等組成。
每個棧幀其實就代表一個方法
堆
java中所有對象都在堆中分配；堆中對象又分為年輕代、老年代等等，不同代的對象使用不同垃圾回收演算法。
-XMs：啟動虛擬機預留的記憶體
-Xmx：最大的堆記憶體
一、堆的分代假設
根據研究表明，堆中對象大部分都是創建後，立馬就可以被銷毀的。如：
為了優化堆中的記憶體，將堆中對象分為不同代。在年輕代中，GC發生比較頻繁；在老年代中，GC發生比較少。
二、堆的分代
- 年輕代：
Young Generation - 老年代：
Old Generation/Tenured - 永久代：
Permanent Generation
永久代在
Java虛擬機規範中是沒有的，但是Host Spot虛擬機中有。
三、方法區
方法區被所有執行緒共享；方法區是用來存儲編譯後的程式碼，即存儲每個類的運行時常量池、欄位和方法。
方法區在虛擬機啟動時創建；雖然方法區在邏輯上是堆的一部分，但在一些簡單的實現中，方法區可以選擇不進行垃圾回收和緊湊化。
方法區在java8的變化
java7之前：方法區的實現：永久代，是作為堆的一部分；java8之後：方法區的實現：metaspace，是堆外的記憶體；
1、為什麼要這樣改變？
因為java可以動態載入位元組碼資訊，這樣方法區就會慢慢的擠占堆中記憶體。為了避免與堆爭搶記憶體，java8將方法區的實現移至堆外。
2、方法區、永久代、MetaSpace的區別？
方法區是java虛擬機規範所規定的一個概念。其中java7實現方法區的地方稱為永久代；java8實現方法區的地方稱為MetaSpace
位元組碼文件的結構
java程式在運行的時候，將源碼編譯成位元組碼，位元組碼在不同系統上的JVM翻譯成對應的機器碼。這是Java平台無關性的基礎。
但是，編譯後的位元組碼是如何讀取到JVM中的？位元組碼執行引擎是如何識別、執行指令？
1、如何查看位元組碼文件
classpy工具IDEA的jclasslib Bytecode viewer插件
2、位元組碼文件結構
一個位元組碼文件包含以下部分：
（1）magic：0xCAFEBABE
class文件的magic code，用於標識該文件是class文件。
（2）minor_version、major_version
用於標識該class文件的版本，防止高版本的class文件被低版本的JVM讀取並執行。
（3）constant_pool：常量池
用於存儲該class文件經常被使用的資訊，優化記憶體。比如說System.out.print()
（4）access_flag
表示這個類得訪問許可權，對應到java源碼就是public、final之類的
位元組碼執行引擎
這裡以一個執行緒為例。一般來說，一個方法棧最底層的棧幀都是Thread.run方法。當一個執行緒準備調用另一個方法時，會先將實參拷貝一份到新棧幀的局部變數表裡，然後再執行程式碼。
1、局部變數表
每次調用新方法時，會默認將當前對象的地址this作為局部變數表的第一個參數；後面存放傳過來的參數。這與javascript的做法很相似。
2、方法調用的相關指令
invokevirtual：一般實例方法，有多態；invokeinterface：介面方法，有多態invokestatuc：靜態方法，無多態invokespecial：特殊方法，無多態invokedynamic：動態調用，JDK7新增，方法無需在編譯時確定
3、方法調用的過程
（1）在開始時
- 方法棧新增一個棧幀；
- 實例方法的
this、參數放到局部變數表中； - 開始新棧幀中位元組碼的執行；
（2）在返回時
- 將返回值放在調用者方法棧幀中的操作數棧上；
（3）在異常出現時
- 尋找匹配的異常處理程式碼
（4）在finally時
- 為每個分支新增一個跳轉
4、為什麼Mockito、EasyMock無法對private、static方法進行mock？
因為他們mock方法是通過覆蓋這些方法來實現的，而private、static沒法被覆蓋。PowerMock是通過修改位元組碼文件達到mock私有、靜態方法的。
