JVM（4） 字節碼技術+運行期優化

字節碼技術

1、類文件結構

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

• 前4個字節為魔數：cafababe
• 下來2個字節為小版本號：00 00
• 下來2個字節為大版本號：00 34 —> 52 (對應jdk1.8, 45為jdk1.1)

2、字節碼指令

使用 javap 工具反編譯 class 文件：

   javap -v D:Demo.class

3、方法執行流程

• 虛擬機棧：方法局部變量錶+操作數棧+動態連接+返回地址
• 局部變量錶以slot為最小單比特，存放方法參數和局部變量

4、异常處理

finally 中的字節碼被複制了 3 份，分別放入 try 流程，catch 流程以及 catch 剩餘的异常類型流程。
注意：雖然從字節碼指令看來，每個塊中都有 finally 塊，但是 finally 塊中的代碼只會被執行一次

    public class Code_18_FinallyReturnTest {
    

        public static void main(String[] args) {
    
            int i = Code_18_FinallyReturnTest.test();
            // 結果為 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 中出現了 return，會吞掉异常
• finally 中有return，會覆蓋try中的return
• 字節碼將异常信息顯示在异常錶中

5、語法糖

• 默認構造器

• 自動拆裝箱（jdk1.5之前不能自動）

• 泛型擦除

• 可變參數（public static void foo(String… args){}）

• foreach()自動轉換為for(i=0; i<n;i++)或集合的迭代器Iterator遍曆

• switch

• try-with-resources(省去在finally中關閉資源，且能保留關閉資源時的异常)

• 方法重寫時的橋接方法（子類返回值可以是父類返回值的子類–>jvm自動轉換）

• 匿名內部類（自動生成一個類）

運行期優化

1）即時編譯

HotSpot是解釋器與編譯器並存的：

• 對於大部分的代碼采取解釋執行的方式運行；

• 對於小部分運行頻繁的熱點代碼，將其編譯成機器碼提高執行效率，以達到理想的運行速度。

分層編譯
JVM 將執行狀態分成了 5 個層次：

0層：解釋執行，用解釋器將字節碼翻譯為機器碼
1層：使用 C1 即時編譯器編譯執行（不帶 profiling）
2層：使用 C1 即時編譯器編譯執行（帶基本的profiling）
3層：使用 C1 即時編譯器編譯執行（帶完全的profiling）
4層：使用 C2 即時編譯器編譯執行

• 解釋器：
  • 將字節碼解釋為機器碼，下次即使遇到相同的字節碼，仍會執行重複的解釋
  • 將字節碼解釋為針對所有平臺都通用的機器碼
• 即時編譯器
  • 將一些字節碼編譯為機器碼，並存入 Code Cache，下次遇到相同的代碼，直接執行，無需再編譯
  • 根據平臺類型，生成平臺特定的機器碼

執行效率上簡單比較一下 Interpreter < C1（Client） < C2(Server)。

2)逃逸分析（Escape Analysis）

Java Hotspot 虛擬機分析新創建對象的動態作用域，並决定是否在 Java 堆上分配內存的一項技術。

當分析該對象不能逃逸到方法或線程外，進行以下優化：

• 棧上分配（內存直接分配在棧上，對象隨棧幀出棧銷毀）
• 同步消除
• 標量替換（不創建對象，只創建用到的成員變量）

3）方法內聯

如果JVM監測到一些小方法被頻繁的執行，它會把方法的調用替換成方法體本身，如：

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) {
     
	//這裏調用了add2方法
    return add2(x1, x2) + add2(x3, x4);  
}  
private int add2(int x1, int x2) {
      
    return x1 + x2;  
}

方法調用被替換後

private int add4(int x1, int x2, int x3, int x4) {
      
    //被替換為了方法本身
    return x1 + x2 + x3 + x4;  
}