Java虚拟机笔记-2

理论作为指导实践的工具

第四章虚拟机性能监控与故障处理工具

JDK的命令行工具

数据包括：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照（threaddump/javacore文件）、堆转储快照（headdump/hprof文件）等。

java.exe、javac.exe

bin目录下的命令行工具

减少虚拟机和处理故障的工具，介绍的是基于window平台下。

JPS：虚拟机进程状态工具

JVM Process Status Tool，可以列出：

正在运行的虚拟机进程
显示虚拟机执行主类（main()函数所在的类）
进程的本地虚拟机唯一ID（LVMID）

LVMID与操作系统的进程ID（PID）是一致，使用Windows的任务管理器或UNIX的ps命令也可以查询到LVMID

命令格式：jps [options] [hostid主机注册名]

jstat：虚拟机统计信息监控工具（JVM Statistics Monitoring Tool）

监视虚拟机各个运行状态信息的命令行工具，显示本地或远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、JIT编译等数据

命令格式：jstat [option vmid [interval [s|ms] [count] ] ]

interval 代表查询间隔，count代表查询次数。如果省略这两个参数说明只查询一次。

option 代表这用户希望查询的虚拟机信息，主要分为3类：类装载、垃圾收集、运行期编译状况

如果是本地虚拟机进程，VMID与LVMID一致；如果是远程虚拟机进程，VMID的格式是

jinfo：Java配置信息工具（Configuration Info for Java）

实施查看和调整虚拟机各项参数。

命令格式：jinfo [option-] pid

查看未被显式指定的参数的系统默认值用jinfo的-flag选项查询。

-sysprops选项将System.getProperties()的内容打印出来

jmap：Java内存映像工具（Memory Map for Java）

用于生成堆转储快照（heapdump或dump文件）、查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，查看每个类的实例

命令格式：jmap [option] vimd

jhat：虚拟机堆转储快照分析工具（JVM Heap Analysis Tool）

jhat命令与jmap搭配使用。内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。

jstack：Java堆栈跟踪工具（Stack Trace for Java）

用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（threaddump或javacore文件）

线程快照是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合。

生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如出现线程间死锁、死循环、请求外部资源导致。

线程出现停顿的时候通过jstack查看各个线程的调用堆栈，知道没有响应的线程在后台做些什么，等待什么资源，

命令格式：jstack [option] vimd

4.2.7 HSDIS：JIT生成代码反汇编

-XX：+PrintAssembly指令调用它来把动态生成的本地代码还原成汇编代码输出

根据自己操作系统和CPU类型从Project Kenai的网站下载编译号的插件，放到JDK_HOME/jre/bin/client和JDK_HOME/jre/bin/server

JDK的可视化工具

JConsole和VisualVM

4.3.1 JConsole：Java监视与管理控制台

Java Monitoring and Management Console是基于JMX（Java管理扩展）的可视化监视管理工具

管理部分的功能是针对JMX MBean进行管理，由于MBean可以使用代码、中间件服务器的管理控制台或所有符合JMX规范的软件进行访问

1.启动JConsole：在JDK/bin目录下启动“JConsole.exe”

2.内存监控

3.线程监控

4.3.2 VisualVm：多合一故障处理工具

All-in-One Java Troubleshooting Tool，功能：

显示虚拟机进程以及进程配置、环境信息（jps、jinfo）
监视应用程序的CPU、GC、堆、方法区以及线程的信息（jstat、jstack）
dump以及分析堆转储快照（jmap、jhat）
方法级的程序运行性能分析，找出被调用最多、运行时间最长的方法
离线程序快照：收集程序的运行时配置、线程dump、内存dump等信息建立快照，将快照发送给开发者进行Bug反馈

2.生成、浏览堆转储快照

在VisualVM生成dump文件有两种方式，执行下列操作：

在“应用程序”窗口右键单击程序节点，然后选择“堆Dump”
在“应用程序”窗口双击应用程序节点以打开应用程序标签，然后在“监视”标签中单击“堆Dump

3.分析程序性能

4.BTrace动态日志跟踪

除了类加载时间之外，编译时间和垃圾手机时间也十分耗时

编译时间指虚拟机的JIT编译器编译热点代码（Hot Spot Code）的耗时

编译后->Class文件（字节码）->执行字节码命令，比执行C/C++的二进制代码慢

热代码交给JIT编译器即时编译为本地代码

虚拟机执行子系统

类文件结构

程序编译成二进制本地机器码（Native Code）

不同平台的虚拟机和多有平台统一使用的程序存储格式——字节码（ByteCode）

Class文件

一组以8位字节为基础单位的二进制流，当遇到需要占用8位字节以上空间的数据项时，按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。无分隔符。

其中只有两种数据类型：无符号数和表

无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8代表1个字节·····用来描述数字、索引引用、数量值或按照UTF-8编码构成字符串值

表一以“_info”结尾，如下：

魔数与Class文件的版本

每个Class文件的头4个字节，存储版本号称为魔数（Magic Number），作用：确定文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。

如：0xCAFEBABE这个魔数值在Java中称为“Oak”语言时就存在

第7和8个字节是主版本号（Major Version）

常量池

可理解为Class文件之中的资源仓库
由于常量池中常量的数量不固定，所以常量池入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值（constant_pool_count）从1开始。
第0项常量可以用来表达：“不引用任何一个常量池项目”
除了常量池的容量计数值从1开始，其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数与一般习惯相同，从0开始。

常量池主要存放两大类常量：字面量和符号引用

字面量接近于Java语言的常量，如文本字符串、声明为final的常量值等

符号引用：

类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
字段的名称和描述符（Descriptor）
方法的名称和描述符

Java代码进行Javac编译时，在虚拟机加载Class文件时进行动态连接。即Class文件中不会保存各种方法、字段的最终内存布局信息。在运行期间进行转换的得到内存入口地址。

14种常量类型

虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址

专门用于分析Class文件字节码的工具：javap -verbose TestClass

字段表（field_info）、方法表（method_info）、属性表（attribute_info）引用。

访问标志

常量池结束之后，紧接着两个字节代表访问标志（access_flags），一共16个标志位可以使用。没使用的标志位为0.

用来识别类或接口层次的访问信息，包括这个class是类还是接口；是否定义为public类型；是否定义为abstract类型等等。

类索引、父类索引与接口索引集合

类索引（this_class）和父类索引（super_class）都是一个u2（2个字节）类型的数据

接口索引集合（interfaces）是一组u2类型的数据集合

类索引：确定这个类的全限定名

父类索引：确定这个类的父类的全限定名，父类索引只有1个。接口计数器表示索引表的容量

接口索引集合：描述这个类实现哪些接口

字段表集合

字段表（field_info）：描述接口或类中声明的变量。

字段（field）包括类级变量以及实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。

Java字段包含字段的作用域（public、private、protected修饰符）、实例变量、类变量（static修饰符）、可变性（final）、并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主存读写）、可否被序列化（transient修饰符）、字段数据类型（基本类型、对象、数组）、字段名称

跟随访问标志（access_flags）的是两项索引值：name_index（字段的简单名称）和descriptor_index（字段和方法的描述符）。都是对常量池的引用。

全限定名：把类全名中的“.”替换成“/”，用“；”表示全限定名结束

简单名称：没有类型和参数修饰的方法或字段名

描述符：描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型及顺序）、返回值

基本数据类型：byte、char、double、float、int、short、long、boolean

代表无返回值的void类型用一个大写字符表示。

数组用“[”表示，如int[]记录为“[I”-

描述方法：参数列表放在“（）”之内，如方法void inc()的描述符为“()V”,方法java.lang.String.toString()的描述符为“()Ljava/lang/String”

方法表集合

包括访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）

共享变量被volatile关键字修饰，保证修改的值会立即更新到主存，当其他线程读取时，会去主存中读取新值。确保可见性和有序性

CPU执行速度快，但是内存读取数据和写入数据很慢，所以将数据从主存中复制一份到CPU的高速缓存中，运算结束后将高速缓存的数据更新到主存中。

每个线程都有自己的高速缓存，出现缓存不一致问题，解决方法MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。

重载：与原方法名相同的简单名称，还必须拥有一个与原方法不同的特征签名。

特征签名：一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合。（返回值不包含在特征签名）

JVM会进行指令重排序

synchronized（同步）和Lock

happens-before （先行发生）原则

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作0000000先行发生于书写在后面的操作
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

属性表集合

1.Code属性

方法体中的代码经过Javac编译器处理后，变成字节码指令储存在Code属性内。

Class文件中最重要的一个属性，Java程序的信息分成代码（Code）和元数据（Metadata，包括类、字段、方法定义及信息）

任何实例方法里面，都可以通过this关键字访问此方法所属的对象。

字节码指令之后的是这个方法的显式异常处理表集合。实现Java异常及finally处理机制

2.Exceptions属性

与异常表的区别

作用：列举方法中可能抛出的受查异常（Checked Exception），也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。

3.LineNumberTable属性

描述Java源码行号与字节码行号（字节码的偏移量）之间的对应关系。默认会生成到Class文件中。

通过-g:none或-g:lines取消这项信息，但当抛出异常之后，就不会显示出错的行号。

4.LocalVariableTable属性

作用：描述栈帧中局部变量表中的变量与Java源码中定义的变量之间的关系，默认会生成到Class文件中。

通过-g:none或-g:vars取消这项信息，但当其他人引用这个方法，所有参数名称都会丢失。

5.SourceFile属性

记录生成这个Class文件的源码文件名称。

使用-g:none或-g:source选项关闭或要求生成这项信息。当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错代码所属的文件名。

6.ConstantValue属性

通知虚拟机自动为静态变量（被static关键字修饰）赋值。

非static类型变量（实例变量）的赋值在实例构造器<init>方法中进行。类变量（静态变量）有两种方式：在类构造器<clinit>方法中或者使用ConstantValue属性。具体如下：

常量：final static修饰的变量，类型为基本类型或String，生成ConstantValue属性进行初始化。

如果没有final修饰或并非基本类型及String就可在类构造器<clinit>方法初始化。

7.InnerClasses属性：记录内部类和宿主类之间的关联。

8.Deprecated和Synthetic属性

标志类型的布尔属性。只存在有和没有，没有属性值概念

Deprecated：表示某个类、字段或方法，已被程序作者定为不推荐使用，@deprecated修饰

Synthetic：代表此方法或字段、方法并不是由Java源码直接生产，而是由编译器自行添加。

9.StackMapTable属性

是一个复杂的变长属性，位于Code属性的属性表。在虚拟机类加载的字节码验证阶段被新类型检查验证器（Type Checker）使用。代替类型推导验证器。

10.Signature属性

记录泛型类型，Java采用擦除法实现伪泛型。

11.BootstrapMethods属性

是一个复杂的变长属性，位于类文件的属性表中。用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。

字节码指令简介

操作码+操作数

操作码：一个字节长度的（0~255），代表这某种特定操作含义的数字

操作数：跟随在操作码后的零至多个代表此操作所需参数而构成

JVM采用面向操作数栈架构，而不是寄存器（区别见第八章）。大多数的指令都不包含操作数，只有操作码。

Class文件格式放弃操作数长度对齐

字节码与数据类型

指令包含：所对应的数据类型信息。如iload指令用于从局部变量表中加载int型的数据导操作数栈中；fload类型的数据值加载float类型的数据。

int-i；short-s；byte-b；char-c；float-f；double-d；reference-a

Not Orthogonal：指令集将设计成非完全独立的。

编译器会在编译期或运行期将byte和short类型的数据带符号扩展（Sign-Extend）为相应的int类型数据。boolean和char类型零位扩展（Zero-Extend）为相应的int类型数据

加载和存储指令

用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输

将一个局部变量加载到操作栈：iload、iload<n>、lload、lload<n>、fload、dload、aload等
将一个数值从操作数栈存储到局部变量表：istore、istore_<n>、lstore、lstore_<n>等
将一个常量加载到操作数栈：bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_ml、iconst_<i>、lconst_<j>、fconst_<f>、dconst_<d>
扩充局部变量表的访问索引的指令：wide

运算指令

运算或算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并把结果重新存入到操作栈顶。

加法指令：iadd、ladd、fadd、dadd

减法指令：isub、lsub、fsub、dsub

乘法指令：imul、lmul、fmul、dmul

除法指令：idiv、ldiv、fdiv、ddiv

求余指令：irem、lrem、frem、drem

取反指令：ineg、lneg、fneg、dneg

非正规浮点数值（Denormalized Floating Point Numbers）和逐级下溢（Gradual Underflow）

浮点数运算时，所有的运算结果都必须舍入到适当的精度。最接近数舍入模式

向零舍入模式会导致数字被截断，所有小数部分的有效字节会被丢弃掉。

突然去看纪录片就顺便记录一下，哈哈哈

恒星的演化

星际云（气体或固体，H、He）

引力、收缩、旋转、升温=>原恒星 H->He 失败：褐矮星、棕矮星红矮星：比邻星黄矮星：太阳蓝色大恒星：手枪星

主序星：稳定

黄矮星->红巨星->星云，白矮星->黑矮星

蓝色大恒星->红超巨星->黑洞、超新星爆发、中子星

电子简并压：电子满足泡利不相容原理（不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态），对抗的压力可以对抗引力