JVM（4） 字节码技术+运行期优化

字节码技术

1、类文件结构

   ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09

• 前4个字节为魔数：cafababe
• 下来2个字节为小版本号：00 00
• 下来2个字节为大版本号：00 34 —> 52 (对应jdk1.8, 45为jdk1.1)

2、字节码指令

使用 javap 工具反编译 class 文件：

   javap -v D:Demo.class

3、方法执行流程

• 虚拟机栈：方法局部变量表+操作数栈+动态连接+返回地址
• 局部变量表以slot为最小单位，存放方法参数和局部变量

4、异常处理

finally 中的字节码被复制了 3 份，分别放入 try 流程，catch 流程以及 catch 剩余的异常类型流程。
注意：虽然从字节码指令看来，每个块中都有 finally 块，但是 finally 块中的代码只会被执行一次

    public class Code_18_FinallyReturnTest {
    

        public static void main(String[] args) {
    
            int i = Code_18_FinallyReturnTest.test();
            // 结果为 20
            System.out.println(i);
        }

        public static int test() {
    
            int i;
            try {
    
                i = 10;
                return i;
            } finally {
    
                i = 20;
                return i;
            }
        }
    }

• 如果在 finally 中出现了 return，会吞掉异常
• finally 中有return，会覆盖try中的return
• 字节码将异常信息显示在异常表中

5、语法糖

• 默认构造器

• 自动拆装箱（jdk1.5之前不能自动）

• 泛型擦除

• 可变参数（public static void foo(String… args){}）

• foreach()自动转换为for(i=0; i<n;i++)或集合的迭代器Iterator遍历

• switch

• try-with-resources(省去在finally中关闭资源，且能保留关闭资源时的异常)

• 方法重写时的桥接方法（子类返回值可以是父类返回值的子类–>jvm自动转换）

• 匿名内部类（自动生成一个类）

运行期优化

1）即时编译

HotSpot是解释器与编译器并存的：

• 对于大部分的代码采取解释执行的方式运行；

• 对于小部分运行频繁的热点代码，将其编译成机器码提高执行效率，以达到理想的运行速度。

分层编译
JVM 将执行状态分成了 5 个层次：

0层：解释执行，用解释器将字节码翻译为机器码
1层：使用 C1 即时编译器编译执行（不带 profiling）
2层：使用 C1 即时编译器编译执行（带基本的profiling）
3层：使用 C1 即时编译器编译执行（带完全的profiling）
4层：使用 C2 即时编译器编译执行

• 解释器：
  • 将字节码解释为机器码，下次即使遇到相同的字节码，仍会执行重复的解释
  • 将字节码解释为针对所有平台都通用的机器码
• 即时编译器
  • 将一些字节码编译为机器码，并存入 Code Cache，下次遇到相同的代码，直接执行，无需再编译
  • 根据平台类型，生成平台特定的机器码

执行效率上简单比较一下 Interpreter < C1（Client） < C2(Server)。

2)逃逸分析（Escape Analysis）

Java Hotspot 虚拟机分析新创建对象的动态作用域，并决定是否在 Java 堆上分配内存的一项技术。

当分析该对象不能逃逸到方法或线程外，进行以下优化：

• 栈上分配（内存直接分配在栈上，对象随栈帧出栈销毁）
• 同步消除
• 标量替换（不创建对象，只创建用到的成员变量）

3）方法内联

如果JVM监测到一些小方法被频繁的执行，它会把方法的调用替换成方法体本身，如：

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) {
     
	//这里调用了add2方法
    return add2(x1, x2) + add2(x3, x4);  
}  
private int add2(int x1, int x2) {
      
    return x1 + x2;  
}

方法调用被替换后

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) {
      
    //被替换为了方法本身
    return x1 + x2 + x3 + x4;  
}