高性能编程——多线程并发编程Java基础篇之Java程序运行原理

class文件的内容

class文件包含java程序运行的字节码,是数据严格按照格式紧凑排列在
class文件中的二进制流,中间无任何分隔符;文件开头是一个0xcafebabe的特殊标志,象征了咖啡宝贝（与Java图标相对应）,例如下图:

这文件有复杂的格式,是专门给JVM看的,人类可以借助工具阅读。主要有版本、访问标志、常量池、当前类、超级类（父类）、接口、字段、方法、属性等内容。

JVM学习

首先来看一下JVM运行时数据区的情况:

首先java源码是被编译器变异成class字节码,然后可以看到JVM运行的时候是分为线程共享部分和线程独占部分两个区域的。下面一部分主要是JVM根据不同的操作系统进行的适配,主要是上面一部分需要掌握。

两个概念

• 线程独占:每个线程都会有它独立占据的空间,随线程生命周期而创建和销毁
• 线程贡献:所有线程都能访问这块内存数据,随虚拟机或者GC创建和销毁

由此我们可以知道方法区和堆内存中的资源是可以在不同线程汇总共享的,而栈内存和程序计数器中的资源是线程独占的。

线程共享区

方法区

方法区是用来存储加载的类的信息、常量、静态变量、编译后的代码等东西的。方法区在1.7以前把它叫做永久代,1.8之后叫做元数据空间。

堆内存

堆内存还可以细分为老年代、新生代。主要就是用于存放对象的实例.。垃圾回收GC主要就是管理堆内存。如果满了就会出现OutOfMemoryError,后续在内存模型中我会继续详细讲解。

线程独占区

虚拟机栈

虚拟机栈主要就是存储栈帧的,一个线程的执行会有一个或多个方法被执行,这个时候一个栈帧就对应一个方法。栈帧的内容包括:

• 局部变量表
• 操作数栈
• 动态链接
• 方法返回地址
• 附加信息等

栈内存默认大小为1M,如果超出会报StackOverflowError;(就像你写一个无限递归的方法,肯定会报这个错)

本地方法栈

和虚拟机栈差不多,但是放的是本地方法（native修饰的）,超出大小也会报StackOverflowError;

程序计数器

记录当前线程执行字节码的位置,存储的是字节码指令地址,如果执行Native方法,则计数器值为空。它在每个线程的私有空间中占有一部分空间,只是很小的一部分。它是因为CPU在同一时间只会执行一个线程,所以需要记录下当前执行的位置,使得激活的时候可以无缝衔接。

JVM实战

光说不练假把式,要看JVM的具体运行原理,还需要借助实例,来看一段代码:

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 500;
        int y = 100;
        int a = x/y;
        int b = 50;
        System.out.println(a+b);
    }
}

先通过javac来编译生成class字节码:

javac Demo1.java

然后再通过javap命令来查看具体的内容:

javap -v Demo1.class>Demo1.txt #将生成的文件写到Demo1.txt上

生成的文件:

Classfile /E:/wangyiyun/wangyiyun/src/Demo1.class
  Last modified 2019-12-30; size 414 bytes
  MD5 checksum ae6fa820973681b35609c75631cb255b
  Compiled from "Demo1.java"
public class Demo1
  minor version: 0	//次版本号
  major version: 52		//主版本号 49对应5 50对应6 51->7 52->8
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //访问标志
Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#14         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #15.#16        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = Methodref          #17.#18        // java/io/PrintStream.println:(I)V
   #4 = Class              #19            // Demo1
   #5 = Class              #20            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               <init>
   #7 = Utf8               ()V
   #8 = Utf8               Code
   #9 = Utf8               LineNumberTable
  #10 = Utf8               main
  #11 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #12 = Utf8               SourceFile
  #13 = Utf8               Demo1.java
  #14 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
  #15 = Class              #21            // java/lang/System
  #16 = NameAndType        #22:#23        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #17 = Class              #24            // java/io/PrintStream
  #18 = NameAndType        #25:#26        // println:(I)V
  #19 = Utf8               Demo1
  #20 = Utf8               java/lang/Object
  #21 = Utf8               java/lang/System
  #22 = Utf8               out
  #23 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #24 = Utf8               java/io/PrintStream
  #25 = Utf8               println
  #26 = Utf8               (I)V
{
  public Demo1();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=3, locals=5, args_size=1
         0: sipush        500
         3: istore_1
         4: bipush        100
         6: istore_2
         7: iload_1
         8: iload_2
         9: idiv
        10: istore_3
        11: bipush        50
        13: istore        4
        15: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        18: iload_3
        19: iload         4
        21: iadd
        22: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        25: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 4
        line 5: 7
        line 6: 11
        line 7: 15
        line 8: 25
}
SourceFile: "Demo1.java"

基本信息

  minor version: 0	//次版本号
  major version: 52		//主版本号 49对应5 50对应6 51->7 52->8
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //访问标志

上面三者对应的是版本信息和访问标志,能够反映基本信息,下面是一张访问标志表:

Constant pool

常量池对应的是类编译之后的静态信息,编译之后就能确认。

构造函数

 public Demo1();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

因为没有定义构造函数,就默认使用了无参构造

程序入口main方法