# 一行代碼是怎么運(yùn)行的

首先，java代碼會(huì)被編譯成字節(jié)碼，字節(jié)碼就是java虛擬機(jī)定義的一種編碼格式，需要java虛擬機(jī)才能夠解析，java虛擬機(jī)需要將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼才能在cpu上執(zhí)行。

我們可以用硬件實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)，這樣雖然可以提高效率但是就沒有了一次編譯到處運(yùn)行的特性了，所以一般在各個(gè)平臺(tái)上用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前的虛擬機(jī)還提供了一套運(yùn)行環(huán)境來(lái)進(jìn)行垃圾回收，數(shù)組越界檢查，權(quán)限校驗(yàn)等。虛擬機(jī)一般將一行字節(jié)碼解釋成機(jī)器碼然后執(zhí)行，稱為解釋執(zhí)行，也可以將一個(gè)方法內(nèi)的所有字節(jié)碼解釋成機(jī)器碼之后在執(zhí)行，前者執(zhí)行效率低，后者會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間慢，一般根據(jù)二八法則，將百分之20的熱點(diǎn)代碼進(jìn)行即時(shí)編譯。JIT編譯的機(jī)器碼存放在一個(gè)叫codecache的地方，這塊內(nèi)存屬于堆外內(nèi)存，如果這塊內(nèi)存不夠了，那么JIT編譯器將不再進(jìn)行即時(shí)編譯，可能導(dǎo)致程序運(yùn)行變慢。

# 如何加載一個(gè)類

第一步：加載，雙親委派：啟動(dòng)類加載器(jre/lib)，系統(tǒng)擴(kuò)展類加載器(ext/lib)，應(yīng)用類加載器(classpath)，前者為c++編寫，所以系統(tǒng)加載器的parent為空，后面兩個(gè)類加載器都是通過啟動(dòng)類加載器加載完成后才能使用。加載的過程就是查找字節(jié)流，可以通過網(wǎng)絡(luò)，也可以自己在代碼生成，也可以來(lái)源一個(gè)jar包。另外，同一個(gè)類，被不同的類加載器加載，那么他們將不是同一個(gè)類，java中通過類加載器和類的名稱來(lái)界定唯一，所以我們可以在一個(gè)應(yīng)用成存在多個(gè)同名的類的不同實(shí)現(xiàn)。

第二步：鏈接：(驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析) 驗(yàn)證主要是校驗(yàn)字節(jié)碼是否符合約束條件，一般在字節(jié)碼注入的時(shí)候關(guān)注的比較多。準(zhǔn)備：給靜態(tài)字段分配內(nèi)存，但是不會(huì)初始化，解析主要是為了將符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為實(shí)際引用，可能會(huì)觸發(fā)方法中引用的類的加載。

第三步：初始化，如果賦值的靜態(tài)變量是基礎(chǔ)類型或者字符串并且是final的話，該字段將被標(biāo)記為常量池字段，另外靜態(tài)變量的賦值和靜態(tài)代碼塊，將被放在一個(gè)叫cinit的方法內(nèi)被執(zhí)行，為了保證cinit方法只會(huì)被執(zhí)行一次，這個(gè)方法會(huì)加鎖，我們一般實(shí)現(xiàn)單例模式的時(shí)候?yàn)楸ＷC線程安全，會(huì)利用類的初始化上的鎖。 初始化只有在特定條件下才會(huì)被觸發(fā)，例如new 一個(gè)對(duì)象，反射被調(diào)用，靜態(tài)方法被調(diào)用等。

# 對(duì)象的內(nèi)存布局

java中每一個(gè)非基本類型的對(duì)象，都會(huì)有一個(gè)對(duì)象頭，對(duì)象頭中有64位作為標(biāo)記字段，存儲(chǔ)對(duì)象的哈希碼，gc信息，鎖信息，另外64位存儲(chǔ)class對(duì)象的引用指針，如果開啟指針壓縮的話，該指針只需要占用32位字節(jié)。

Java對(duì)象中的字段，會(huì)進(jìn)行重排序，主要為了保證內(nèi)存對(duì)齊，使其占用的空間正好是8的倍數(shù)，不足8的倍數(shù)會(huì)進(jìn)行填充，所以想知道一個(gè)屬性相對(duì)對(duì)象其始地址的偏移量需要通過unsafe里的fieldOffset方法，內(nèi)存對(duì)齊也為了避免讓一個(gè)屬性存放在兩個(gè)緩存行中，disruptor中為了保證一個(gè)緩存行只能被一個(gè)屬性占用，也會(huì)用空對(duì)象進(jìn)行填充，因?yàn)槿绻推渌麑?duì)象公用一個(gè)緩存行，其他對(duì)象的失效會(huì)將整個(gè)緩存行失效，影響性能開銷，jdk8中引入了contended注解來(lái)讓一個(gè)屬性獨(dú)占一個(gè)緩存行，內(nèi)部也是進(jìn)行填充，用空間換取時(shí)間，如何計(jì)算一個(gè)對(duì)象占用多少內(nèi)存，如果不精確的話就進(jìn)行遍歷然后加上對(duì)象頭，這種情況沒辦法考慮重排序和填充，如果精確的話只能通過javaagent的instrument工具。

# 反射的原理

反射真的慢么？

首先class.forname和class.getmethod 第一個(gè)是一個(gè)native方法，第二個(gè)會(huì)遍歷自己和父類中的方法，并返回方法的一個(gè)拷貝，所以這兩個(gè)方法性能都不好，建議在應(yīng)用層進(jìn)行緩存。

而反射的具體調(diào)用有兩種方式，一種是調(diào)用本地native方法，一種是通過動(dòng)態(tài)字節(jié)碼生成一個(gè)類來(lái)調(diào)用，默認(rèn)采用第一種，當(dāng)被調(diào)用15次之后，采用第二種動(dòng)態(tài)字節(jié)碼方式，因?yàn)樯勺止?jié)碼也耗時(shí)，如果只調(diào)用幾次沒必要，而第一種方式由于需要在java和c++之間切換，native 方法本身性能消耗嚴(yán)重，所以對(duì)于熱點(diǎn)代碼頻繁調(diào)用反射的話，性能并不會(huì)很差。

屬性的反射，采用unsafe類中setvalue來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要傳入該屬性相對(duì)于對(duì)象其始地址的偏移量，也就是直接操作內(nèi)存。其實(shí)就是根據(jù)這個(gè)屬性在內(nèi)存中的起始地址和類型來(lái)讀取一個(gè)字段的值，在LockSupport類中，park和unpark方法，設(shè)置誰(shuí)將線程掛起的時(shí)候也有用到這種方式。

# 動(dòng)態(tài)代理

java本身的動(dòng)態(tài)代理也是通過字節(jié)碼實(shí)現(xiàn)的

Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader,Class[] interfaces,InvocationHandler h)

工具類中需要提供 類加載器，需要實(shí)現(xiàn)的接口，攔截器的實(shí)現(xiàn)，也就是需要在InvocationHandler中調(diào)用原方法并做增強(qiáng)處理。并且這個(gè)實(shí)現(xiàn)，一定會(huì)被放到新生成的動(dòng)態(tài)代理類里。

生成動(dòng)態(tài)代理類的步驟：先通過聲明的接口生成一個(gè)byte數(shù)組，這個(gè)數(shù)組就是字節(jié)流，通過傳入的類加載進(jìn)行加載生成一個(gè)class對(duì)象，這個(gè)class 里面有個(gè)構(gòu)造方法接收一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是InvocationHandler，通過這個(gè)構(gòu)造方法的反射獲取一個(gè)實(shí)例類，在這個(gè)class里面，接口的實(shí)現(xiàn)中會(huì)調(diào)用InvocationHandler，而這個(gè)class對(duì)象為了防止生成太多又沒有被回收，所以是一個(gè)弱引用對(duì)象。

# 內(nèi)存模型

并發(fā)問題的根源：可見性，原子性，亂序執(zhí)行。

java內(nèi)存模型定義了一些規(guī)則來(lái)禁止cpu緩存和編譯器優(yōu)化，happen-before用來(lái)描述兩個(gè)操作的內(nèi)存的可見性，有以下6條：

• 1.程序的順序執(zhí)行，前一個(gè)語(yǔ)句對(duì)后一個(gè)語(yǔ)句可見 (當(dāng)兩個(gè)語(yǔ)句沒有依賴的情況下還是可以亂序執(zhí)行)
• 2.volatile變量的寫對(duì)另一個(gè)線程的讀可見
• 3.happen-before 具有傳遞性
• 4.一個(gè)線程對(duì)鎖的釋放對(duì)另外一個(gè)線程的獲取鎖可見 (也就是一個(gè)線程在釋放鎖之前對(duì)共享變量的操作，另外一個(gè)線程獲取鎖后會(huì)看的到)
• 5.線程a調(diào)用了線程b的start()方法，那么線程a在調(diào)用start方法之前的操作，對(duì)線程b內(nèi)的run()方法可見
• 6.線程a調(diào)用了線程b的join方法，那么線程b里的所有操作，將對(duì)線程a調(diào)用join之后的操作可見。

# 垃圾回收

兩種實(shí)現(xiàn)：引用計(jì)數(shù)和可達(dá)性分析，引用計(jì)數(shù)會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的問題，目前一般采用可達(dá)性分析。

為了保證程序運(yùn)行線程和垃圾回收線程不會(huì)發(fā)生并發(fā)影響，jvm采用安全點(diǎn)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)stop the world,也就是當(dāng)垃圾收集線程發(fā)起stop the world請(qǐng)求后，工作線程開始進(jìn)行安全點(diǎn)檢測(cè)，只有當(dāng)所有線程都進(jìn)入安全點(diǎn)之后，垃圾收集線程才開始工作，在垃圾收集線程工作過程中，工作線程每執(zhí)行一行代碼都會(huì)進(jìn)行安全點(diǎn)檢測(cè)，如果這行代碼安全就繼續(xù)執(zhí)行，如果這行代碼不安全就將該線程掛起，這樣可以保證垃圾收集線程運(yùn)行過程中，工作線程也可以繼續(xù)執(zhí)行。

安全點(diǎn)：例如阻塞線程肯定是安全點(diǎn)，運(yùn)行的jni線程如果不訪問java對(duì)象也是安全的，如果線程正在編譯生成機(jī)器碼那他也是安全的，Java虛擬機(jī)在有垃圾回收線程執(zhí)行期間，每執(zhí)行一個(gè)字節(jié)碼都會(huì)進(jìn)行安全檢測(cè)。

基礎(chǔ)垃圾收集算法：清除算法會(huì)造成垃圾碎片，清除后整理壓縮浪費(fèi)cpu耗時(shí)，復(fù)制算法浪費(fèi)內(nèi)存。

基礎(chǔ)假設(shè)：大部分的java對(duì)象只存活了一小段時(shí)間，只有少部分java對(duì)象存活很久。新建的對(duì)象放到新生代，當(dāng)經(jīng)過多次垃圾回收還存在的，就把它移動(dòng)到老年代。針對(duì)不同的區(qū)域采用不同的算法。因?yàn)樾律膶?duì)象存活周期很短，經(jīng)常需要垃圾回收，所以需要采用速度最快的算法，也就是復(fù)制，所以新生代會(huì)分成兩塊。一塊eden區(qū)，兩塊大小相同的survivor區(qū)。

新的對(duì)象默認(rèn)在eden區(qū)進(jìn)行分配，由于堆空間是共享的，所以分配內(nèi)存需要加鎖同步，不然會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)象指向同一塊內(nèi)存，為了避免頻繁的加鎖，一個(gè)線程可以申請(qǐng)一塊連續(xù)內(nèi)存，后續(xù)內(nèi)存的分配就在這里進(jìn)行，這個(gè)方案稱為tlab。tlab里面維護(hù)兩個(gè)指針，一個(gè)是當(dāng)前空余內(nèi)存起始位置，另外一個(gè)tail指向尾巴申請(qǐng)的內(nèi)存結(jié)束位置，分配內(nèi)存的時(shí)候只需要進(jìn)行指針加法并判斷是否大于tail，如果超過則需要重新申請(qǐng)tlab。

如果eden區(qū)滿了則會(huì)進(jìn)行一次minorGc ,將eden區(qū)的存活對(duì)象和from區(qū)的對(duì)象移動(dòng)到to區(qū)，然后交換from和to的指針。

垃圾收集器的分類：針對(duì)的區(qū)域，老年代還是新生代，串行還是并行，采用的算法分類復(fù)制還是標(biāo)記整理

g1 基于可控的停頓時(shí)間，增加吞吐量，取代cms g1將內(nèi)存分為多個(gè)塊，每個(gè)塊都可能是 eden survivor old 三種之一 首先清除全是垃圾的快 這樣可以快速釋放內(nèi)存。

如果發(fā)現(xiàn)JVM經(jīng)常進(jìn)行full gc 怎么排查？

不停的進(jìn)行full gc表示可能老年代對(duì)象占有大小超過閾值，并且經(jīng)過多次full gc還是沒有降到閾值以下，所以猜測(cè)可能老年代里有大量的數(shù)據(jù)存活了很久，可能是出現(xiàn)了內(nèi)存泄露，也可能是緩存了大量的數(shù)據(jù)一直沒有釋放，我們可以用jmap將gc日志dump下來(lái)，分析下哪些對(duì)象的實(shí)例個(gè)數(shù)很多，以及哪些對(duì)象占用空間最多，然后結(jié)合代碼進(jìn)行分析。

# 并發(fā)和鎖

線程的狀態(tài)機(jī)

線程池參數(shù)：核心線程數(shù)，最大線程數(shù)，線程工廠，線程空閑時(shí)間，任務(wù)隊(duì)列，拒絕策略。

先創(chuàng)建核心線程，之后放入任務(wù)隊(duì)列，任務(wù)隊(duì)列滿了創(chuàng)建線程直到最大線程數(shù)，在超過最大線程數(shù)就會(huì)拒絕，線程空閑后超過核心線程數(shù)的會(huì)釋放，核心線程也可以通過配置來(lái)釋放,針對(duì)那些一天只跑一個(gè)任務(wù)的情況。newCachedThreadPool線程池會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建大量的線程，因?yàn)橛昧送疥?duì)列。

synchronized

同步塊會(huì)有一個(gè)monitorenter和多個(gè)monitorexist ，重量級(jí)鎖是通過linux內(nèi)核pthread里的互斥鎖實(shí)現(xiàn)的，包含一個(gè)waitset和一個(gè)阻塞隊(duì)列。

自旋鎖，會(huì)不停嘗試獲取鎖，他會(huì)導(dǎo)致其他阻塞的線程沒辦法獲取到鎖，所以他是不公平鎖，而輕量級(jí)鎖和偏向鎖，均是在當(dāng)前對(duì)象的對(duì)象頭里做標(biāo)記，用cas方法設(shè)置該標(biāo)記，主要用于多線程在不同時(shí)間點(diǎn)獲取鎖，以及單線程獲取鎖的情況，從而避免重量級(jí)鎖的開銷，鎖的升級(jí)和降級(jí)也需要在安全點(diǎn)進(jìn)行。

• reentrantlock相對(duì)synchronized的優(yōu)勢(shì)：可以控制公平還是非公平，帶超時(shí)，響應(yīng)中斷。
• CyclicBarrier 多個(gè)線程相互等待，只有所有線程全部完成后才通知一起繼續(xù) (調(diào)用await 直到所有線程都調(diào)用await才一起恢復(fù)繼續(xù)執(zhí)行)
• countdownlatch 一個(gè)線程等待，其他線程執(zhí)行完后它才能繼續(xù)。(調(diào)用await后被阻塞，直到其他地方調(diào)用countdown()將state減到1 這個(gè)地方的其他可以是其他多個(gè)線程也可以其他單個(gè)任務(wù))
• semaphore 同一個(gè)時(shí)刻只運(yùn)行n個(gè)線程，限制同時(shí)工作的線程數(shù)目。
• 阻塞隊(duì)列一般用兩個(gè)鎖，以及對(duì)應(yīng)的條件鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)為INTEGER.MAX為容量，而同步隊(duì)列沒有容量，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列內(nèi)部用紅黑樹來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如果要頻繁讀取和插入建議用concurrenthashmap 如果頻繁修改建議用 concurrentskiplistmap，copyonwrite適合讀多寫少，寫的時(shí)候進(jìn)行拷貝，并加鎖。讀不加鎖，可能讀取到正在修改的舊值。concurrent系列實(shí)際上都是弱一致性，而其他的都是fail-fast，拋出ConcurrentModificationException，而弱一致性允許修改的時(shí)候還可以遍歷。例如concurrent類的size方法可能不是百分百準(zhǔn)確。

AQS 的設(shè)計(jì)，用一個(gè)state來(lái)表示狀態(tài)，一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列，來(lái)維護(hù)正在等待的線程，提供了acquire和release來(lái)獲取和釋放鎖,鎖，條件，信號(hào)量，其他并發(fā)工具都是基于aqs實(shí)現(xiàn)。

# 字符串

字符串可以通過intern()方法緩存起來(lái)，放到永久代，一般一個(gè)字符串申明的時(shí)候會(huì)檢查常量區(qū)是否存在，如果存在直接返回其地址，字符串是final的，他的hashcode算法采用31進(jìn)制相加，字符串的拼接需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的字符串，一般使用stringbuilder。String s1 = "abc"; String s2 = "abc"; String s1 = new String("abc"); s1和s2可能是相等的，因?yàn)槎贾赶虺Ａ砍亍?/p>

# 集合

• vector 線程安全，arraylist 實(shí)現(xiàn) randomaccess 通過數(shù)組實(shí)現(xiàn)支持隨機(jī)訪問，linkedlist 雙向鏈表可以支持快速的插入和刪除。
• treeset 依賴于 treemap 采用紅黑樹實(shí)現(xiàn)，可以支持順序訪問，但是插入和刪除復(fù)雜度為 log(n)
• hashset 依賴于 hashmap 采用哈希算法實(shí)現(xiàn)，可以支持常數(shù)級(jí)別的訪問，但是不能保證有序
• linkedhashset 在hashset的節(jié)點(diǎn)上加了一個(gè)雙向鏈表，支持按照訪問和插入順序進(jìn)行訪問
• hashtable早版本實(shí)現(xiàn)，線程安全 不支持空鍵。
• hashmap：根據(jù)key的hashcode的低位進(jìn)行位運(yùn)算，因?yàn)楦呶粵_突概率較高，根據(jù)數(shù)組長(zhǎng)度計(jì)算某個(gè)key對(duì)應(yīng)數(shù)組位置，類似求余算法，在put的時(shí)候會(huì)進(jìn)行初始化或者擴(kuò)容，當(dāng)元素個(gè)數(shù)超過 數(shù)組的長(zhǎng)度乘以負(fù)載因子的時(shí)候進(jìn)行擴(kuò)容，當(dāng)鏈表長(zhǎng)度超過8會(huì)進(jìn)行樹化，數(shù)組的長(zhǎng)度是2的多少次方，主要方便位運(yùn)算，另一個(gè)好處是擴(kuò)容的時(shí)候遷移數(shù)據(jù)只需要遷移一半。當(dāng)要放 15個(gè)元素的時(shí)候，一般數(shù)組初始化的長(zhǎng)度為 15/0.75= 20 然后對(duì)應(yīng)的2的多少次方，那么數(shù)組初始化長(zhǎng)度為 32.
• ConcurrentHashMap 內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)segment數(shù)組，這個(gè)segment繼承自reentrantlock,他本身是一個(gè)hashmap,segment數(shù)組的長(zhǎng)度也就是并發(fā)度，一般為16. hashentry內(nèi)部的value字段為volatile來(lái)保證可見性.size()方法需要獲取所有的segment的鎖，而jdk8的size()方法用一個(gè)數(shù)組存儲(chǔ)每個(gè)segment對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。

# io

輸入輸出流的數(shù)據(jù)源有 文件流，字節(jié)數(shù)組流，對(duì)象流 ，管道。帶緩存的輸入流，需要執(zhí)行flush，reader和writer是字符流，需要根據(jù)字節(jié)流封裝。

bytebuffer里面有position,capcity,limit 可以通過flip重置換，一般先寫入之后flip后在從頭開始讀。

文件拷貝 如果用一個(gè)輸入流和一個(gè)輸出流效率太低，可以用transfer方法，這種模式不用到用戶空間，直接在內(nèi)核進(jìn)行拷貝。

一個(gè)線程一個(gè)連接針對(duì)阻塞模式來(lái)說效率很高，但是吞吐量起不來(lái)，因?yàn)闆]辦法開那么多線程，而且線程切換也有開銷，一般用多路復(fù)用，基于事件驅(qū)動(dòng)，一個(gè)線程去掃描監(jiān)聽的連接中是否有就緒的事件，有的話交給工作線程進(jìn)行讀寫。一般用這種方式實(shí)現(xiàn)C10K問題。

堆外內(nèi)存(direct) 一般適合io頻繁并且長(zhǎng)期占用的內(nèi)存，一般建議重復(fù)使用，只能通過Native Memory Tracking(NMT)來(lái)診斷，MappedByteBuffer可以通過FileChannel.map來(lái)創(chuàng)建，可以在讀文件的時(shí)候少一次內(nèi)核的拷貝，直接將磁盤的地址映射到用戶空間，使用戶感覺像操作本地內(nèi)存一樣，只有當(dāng)發(fā)生缺頁(yè)異常的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)去磁盤加載，一次只會(huì)加載要讀取的數(shù)據(jù)頁(yè)，例如rocketmq里一次映射1g的文件，并通過在每個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)寫1b的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)熱，將整個(gè)1G的文件都加載到內(nèi)存。

# 設(shè)計(jì)模式

• 創(chuàng)建對(duì)象：工廠 構(gòu)建 單例
• 結(jié)構(gòu)型： 門面 裝飾 適配器 代理
• 行為型：責(zé)任鏈 觀察者 模版
• 封裝(隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)) 繼承(代碼復(fù)用) 多態(tài)(方法的重寫和重載)
• 設(shè)計(jì)原則：單一指責(zé)，開關(guān)原則，里氏替換，接口分離，依賴反轉(zhuǎn)

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來(lái)源公眾號(hào)：內(nèi)核小王子原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/3o-zKBcm44BFRfy-CBL3Bg

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的动态加载laydate 失效_Java对象的内存布局+反射的原理+动态代理+ 并发和锁+文末彩蛋...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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