Java规范定义标准结构如图3.1

1. Java代码的执行机制

Java源码编译机制

javac将Java源码编译为class文件的步骤如图3.2

1.分析和输入到符号表（Parse and Enter）

Parse过程所做的为词法和语法分析。词法分析(com.sun.tools.javac.parser.Scanner）要完成的是将代码字符串转变为token序列（例如Token.EQ(name:=));语法分析（com.sun.tools.javac.parser.Parser)要完成的是根据语法由token序列生成抽象语法树。

1. 注解处理(Annotation Processing)

该步骤主要用于处理用户自定义的annotation。

1. 语义分析和生成class文件(Analyse and Generate)

Analyse步骤基于抽象语法树进行一系列的语义分析。

类加载机制

类加载机制是指.class文件加载到JVM，并形成Class对象的机制，之后应用就可对Class 对象进行实例化并调用，类加载机制可在运行时动态加载外部的类、远程网络下载过来的class 文件等。除了该动态化的优点外，还可通过JVM的类加载机制来达到类隔离的效果。

JVM将类加载过程划分为三个步骤:装载、链接和初始化。装载和链接过程完成后，即将二进制的字节码转换为Class对象;初始化过程不是加载类时必须触发的，但最迟必须在初次主动使用对象前执行，其所作的动作为给静态变量赋值、调用<clinit>（）等。

1.装载（Load）

装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM 中，JVM通过类的全限定名(com.bluedavy.HelloWorld）及类加载器(ClassLoaderA实例)完成类的加载。

2.链接（Link）

链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量及解析类中调用的接口、类。

3.初始化（Initizlize）

初始化过程即执行类中的静态初始化代码、构造器代码及静态属性的初始化，在以下四种情况初始化过程会被触发执行:

1）调用了new;

2）反射调用了类中的方法;

3）子类调用了初始化;

4）JVM启动过程中指定的初始化类。

类执行机制

字节码解释执行

在源码编译阶段将源码编译为JVM字节码，JVM字节码是一种中间代码的方式，要由JVM在运行期对其进行解释并执行，这种方式称为字节码解释执行方式。

1. 指令解释执行

指令解释执行即获取下一条指令，解码并分派，然后执行。

1. 栈顶缓存

栈顶缓存，即将本来位于操作数栈顶的值直接缓存在寄存器上，这对于大部分只需要一个值的操作而言，无须将数据放入操作数栈，可直接在寄存器计算，然后放回操作数栈。

1. 部分栈帧共享

当调用方法时，后一方法可将前一方法的操作数栈作为当前方法的局部变量，从而节省数据copy带来的消耗。

编译执行

解释执行的效率较低，为提升代码的执行性能，Sun JDK提供将字节码编译为机器码的支持，编译在运行时进行，通常称为JIT编译器。Sun JDK在执行过程中对执行频率高的代码进行编译，对执行不频繁的代码则继续采用解释的方式，因此Sun JDK又称为Hotspot VM，在编译上Sun JDK提供了两种模式:client compiler (-client）和server compiler ( -server)。

client compiler又称为C1，较为轻量级，只做少量性能开销比高的优化，它占用内存较少，适合于桌面交互式应用。在寄存器分配策略上，JDK6以后采用的为线性扫描寄存器分配算法，在其他方面的优化主要有:方法内联、去虚拟化、冗余削除等。

1. 方法内联

对于Java类面向对象的语言，通常要调用多个方法来完成功能。执行时，要经历多次参数传递、返回值传递及跳转等,于是C1采取了方法内联的方式,即把调用到的方法的指令直接植入当前方法中。

1. 去虚拟化

去虚拟化是指在装载class文件后，进行类层次的分析，如发现类中的方法只提供一个实现类，那么对于调用了此方法的代码，也可进行方法内联，从而提升执行的性能。

1. 冗余削除

冗余削除是指在编译时，根据运行时状况进行代码折叠或削除。

Server compiler又称为C2，较为重量级，C2采用了大量的传统编译优化技巧来进行优化，占用内存相对会多一些，适合于服务器端的应用。和C1不同的主要是寄存器分配策略及优化的范围，寄存器分配策略上C2采用的为传统的图着色寄存器分配算法“;由于C2会收集程序的运行信息，因此其优化的范围更多在于全局的优化，而不仅仅是一个方法块的优化。收集的信息主要有:分支的跳转/不跳转的频率、某条指令上出现过的类型、是否出现过空值、是否出现过异常。

逃逸分析是C2进行很多优化的基础，逃逸分析是指根据运行状况来判断方法中的变量是否会被外部读取。如不会则认为此变量是逃逸的，基于逃逸分析C2在编译时会做标量替换、栈上分配和同步削除等优化。除了逃逸分析以外，C2还会基于其拥有的运行信息来做其他的优化，例如编译分支频率执行高的代码。

1. 标量替换

标量替换的意思简单来说就是用标量替换聚合量。

1. 栈上分配

如果对象没有逃逸，那么C2会选择在栈上直接创建Point对象实例，而不是在JVM堆上。

1. 同步削除

同步削除是指如果发现同步的对象未逃逸，那也没有同步的必要了，在C2编译时会去掉同步。

OSR (On Stack Replace)编译。OSR编译和C1、C2最主要的不同点在于OSR编译只替换循环代码体的入口，而C1、C2替换的是方法调用的入口，因此在OSR编译后会出现的现象是方法的整段代码被编译了，但只有在循环代码体部分才执行编译后的机器码，其他部分则仍然是解释执行方式。

反射执行

基于反射可动态调用某对象实例中对应的方法、访问查看对象的属性等，无需在编写代码时就确定要创建的对象。反射和直接创建对象实例，调用方法的最大不同在于创建的过程、方法调用的过程是动态的。

使用反射执行可以获取类的成员变量（包括私有成员变量）。

JVM内存状况查看方法和分析工具

几种常用的工具：输出GC日志、GC Port、JConsole、JVisuaIVM、JMap、JHat、JSat、Eclipse Memory Analyzer

2.JVM线程资源同步及交互机制

线程资源同步机制、线程资源交互机制

线程状态及分析

JVM把线程分为几种不同的状态，并根据状态放入不同的sets 中来进行调度。线程在创建完毕后进入new状态，调用了线程的start方法后线程进入Runnable状态，放入JVM的可运行线程队列中，等待获取CPU 的执行权;JVM按线程优先级及时间分片、轮循的方式来执行Runnable状态的线程。当线程进入start代码段,开始执行时,其线程状态转变为Running;线程在执行过程中如果执行了sleep,wait、join，或者进入了IO阻塞、锁等待时，则进入Wait或Blocked 状态，在这种状况下线程放弃CPU的使用权，进入 wait sets或锁sets中，直到wait结束、线程被唤醒或获取到锁，在这些情况下线程也再次进入Runnable状态;在线程执行完毕后，线程就从可运行线程队列中删除了，JVM线程的状态转变如图3.24所示。