第一部分：自动内存管理
总图：
部分名词解释：
slot（槽）：指栈中存放局部变量的容器。double、long占2个slot，其他占1个slot。注意：并不用指定一个槽多大。因为局部变量的大小都是确定的。
TLAB：Thread Local Allocation Buffer，线程私有的分配缓冲区。
-
直接内存：Direct Memory，其类似于真实物理内存，是不属于上述运行时数据区的内存分区。保存了对象的实现，而对象的引用可以放在堆内，如此可提高性能。
需要注意配置java堆时（有的jvm必须有最大限制，且有默认值），要考虑上直接内存，否则也会Out Of Memory
OOP：Object Oriented Programming，面向对象编程
Oop： Ordinary Object Pointer，普通对象指针
JMC（Java Mission Control）：java任务控制
JFR（Java Flight Recorder）：
全限定名：名字里包含了目录，用作接口、类。相对应的是简单名，只是方法或字段的名字。
参数：
-verbose:gc ——打开gc的跟踪日志
-XX：+printGC——打开GC的log的开关，简要日志
-XX：+PrintGCDetails：打印GC的详细信息
-XX:+TraceClassLoading（监控类加载，可以在程序运行时检出哪些类被加载了
-XX:+PrintClassHistogram（加入此参数，在运行时不会有其他东西输出，但是在按下Ctrl+Break后可以打印出类的信息，类的直方图）
-Xmx（最大堆的空间）
-Xms（最小堆的空间）
-Xmn (设置新生代的大小)
-XX:NewRatio（设置新生代和老年代的比值，如果设置为4则表示（eden+from（或者叫s0）+to（或者叫s1））： 老年代 =1：4），即年轻代占堆的五分之一
-XX:SurvivorRatio（设置两个Survivor（幸存区from和to或者叫s0或者s1区）和eden区的比），8表示两个Survivor：eden=2:8，即Survivor区占年轻代的五分之一
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError(将OOM时的堆信息导出到文件)
如果系统出现OOM一般情况系统有可能会down掉，但是我们排查问题时需要场景重现是比较困难的，所以当我们输出了OOM的异常时，就可以直接查看，找出导致OOM的原因-XX:+HeapDumpPath=XXXX(导出OOM堆信息文件的路径)
-XX:OnOutOfMemoryError(在系统出现OOM时，执行一个脚本，可以发送邮件，报警或者是重启程序)
-XX:PermSize（设置永久代的初始空间大小）
-XX:MaxParmSize（设置永久代的最大空间）
-Xss（设置栈空间的大小）
可能问题及原因：
-
StackOverFlowError：
当线程调用的栈深度超过jvm所允许也会报。（虚拟机内存容量不够）
或者栈帧太大（一个方法内部的变量太多）时，无法申请足够的空间也会报。
-
OutOfMemory：
某些jvm栈容量是可以动态扩展的。拓展无法申请到足够内存时，会报出此错误。（HotSpot虚拟机不允许栈动态扩展，所以不会出现这种原因的报错，但申请失败时也会报这个错误。）
对于堆来说，一般都是可拓展的，当有线程申请分配，但其内部空间不够，而且堆也无法拓展时，会报错。
对于方法区，当其无法提供新的内存分配需求时，会报错。如运行时添加的常量，也会向方法区申请内存，但如果方法区内存已满，且无法拓展时，变会报内存溢出。
java堆
部分名词解释：
- 指针碰撞：Bump The Pointer，描述java堆分配新内存时的动作。
1.对象的创建
结构：
对象头（header）：大小为一个Mark Word，32or64位（同于系统）。包含：对象哈希吗、对象分带年龄、存储锁标志位。（还可能有：类型指针，指向类的元数据（java方法区的常量池中）；java数组header会有一个总大小header字段、以此判断该数组对象大小）
// Bit-format of an object header (most significant first, big endian layout belo// // 32 bits: // -------- // hash:25 ------------>| age:4 biased_lock:1 lock:2 (normal object) // JavaThread*:23 epoch:2 age:4 biased_lock:1 lock:2 (biased object) // size:32 ------------------------------------------>| (CMS free block) // PromotedObject*:29 ---------->| promobits:3 ----->| (CMS promoted object)-
实例数据（Instance Data）：包含从父类继承的和本类的数据。排序方式默认为从大到小，即：long\double、int、short...还有一些其他设定，如compactFields，紧凑字段设置，可以将小数据插入其他数据中间。
所以顺序和代码里面的顺序可能不同。
对象填充（Padding）：hospot要求每个对象都是8字节对齐。所以在实例数据尾部可能会有填充。（对象头已是8字节对齐）
java栈
StackOverflowError内存泄漏原因：（如下方法是hotspot jvm中，其不可拓展栈帧长度，并设置了栈帧最大值）
①栈深度过深：线程（方法）的栈深度超过jvm限制许可，如我测试时1050左右便不允许再深入。
②栈帧太大/jvm容量不够：一个方法内的变量太多，导致虽然没有达到栈深度限制，但是无法申请足够的内存。
说明：堆栈溢出，说明可能是其本身的问题，并非物理内存不够。和OutOfMemory，内存溢出不相同。
OutOfMemory内存溢出原因：（尤其是在32位系统应用开发时，更应该注意。）
①线程过多：线程创建过多，也类似栈溢出中②的问题，并可能导致操作系统假死。
②jvm容量不够/物理内存也不够：当栈可以拓展时，可能不会出现栈溢出，而是会出现内存溢出的问题。java.lang.OutOfMemoryError: unable to create native thread
方法区（Methods Area）
说明：主要职责在于存放class的信息：如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等
OutOfMemory内存溢出原因：
①（jdk6及以前）常量池容量不够：可以通过限制常量池大小 -XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M等来限制，并一直向常量池添加数据（可以通过String::intern()来进行），会出现这个报错。但在jdk7以后，永久代渐渐取消、jdk8之后永久代完全放弃，不能得到常量池溢出（会出现堆溢出），因为放在永久代的字符串常量池从方法区转移到了堆中。
CGLib开源项目：http://cglib.sourceforge.net/。
垃圾回收（Garbage Collection）
图示：hotspot的分代垃圾收集器。线相连代表可以一起配合使用。（没有最好，只有适合）下面的组合上有jdk9的，代表已取消支持搭配。（CMS，Concurrent Mark Sweep，也被称为并发低停顿收集器，并行标记扫描；G1，Garbage First，其可处理整个堆中的区域，是收集器技术发展的里程碑；）
parallel 并行：指多条垃圾收集器线程之间的关系，同时有多条线程在协同工作； 主要用于服务器后台，提升吞吐量（运行用户代码时间 /（运行用户代码时间+运行收集器线程时间））。Parallel Scavenge还有一个名称“吞吐量优先收集器”（配合Parallel Old）
Concurrent 并发：指垃圾收集器线程和用户线程之间的关系，说明垃圾收集器线程和用户线程同时运行。如CMS等收集器主要用于客户端，减少用户线程停顿时间，提升服务质量和交互能力。
Shenandoah：是其他公司开发的一个收集器，其目标是low-pause低延迟，并且确实做得好。其也是全堆通用，因为其并没有进行分代，而是想G1将内存划分成多个region。
三大指标：内存占用（footprint）、吞吐量（时间比）、延迟（今后最被重视的指标）
other：https://blogs.oracle.com/jonthecollector/our_collectors。牵挂你的人
Parallel Scavenge：目标是为了获得最大吞吐量（上述定义），多用于服务器使用。
CMS：目标是为了获得最短暂停时间，多用于客户端或互联网服务器，为了提供短暂的系统停顿时间，提高客户服务。
说明：主要工作解决的问题是：①如何定位应被删除对象；②何时删除对象；③如何删除对象。
GC Roots：
·在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的
参数、局部变量、临时变量等。
·在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。
·在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。·在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
·Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如
NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。
·所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
·反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。
垃圾回收算法：Richard Jones撰写的《垃圾回收算法手册》
垃圾收集算法可以划分为“引用计数式垃圾收集”（Reference Counting GC）和“追踪式垃圾收集”（Tracing GC）两大类
分代收集（generational Collection）：
说明：其理论建立在两个假说上面：强分代假说（Strong Generational Hypothesis）、弱分代假说（Weak Generational Hypothesis）。
逃过一次GC，年龄就加一，逃过越多次GC的对象，就越难以消除。而绝大多数对象都是朝生夕死的，以此将堆空间分出两个区，强分代的GC频率低、弱分代GC频率高。
以此中和内存空间利用率和GC算法性能（时间）消耗。由分代收集划分出不同内存区域的思想，其后延伸出很多算法和划分方式。
内存划分如：新生代（young generation）、老年代（tenured generation）等，并因其可能会互相引用、而延伸出第三个假说：跨代引用假说（Intergerenational preference hypothesis）。
跨带引用假说：由于将所有老年代作为GC Roots比较耗性能，故在新生代内存区域建立一个记忆集（remembered set）全局数据结构，将老年代分为小块：有对新生代的引用，和没有的。minor GC扫描时只需要将有引用那块的老年代作为GC Roots即可。
GC划分如：Partial GC：{ Minor GC/ Young GC、Major GC / Old GC、Mixed GC } 、 Full GC；
如：minor GC只会对新生代进行扫描；Major GC只针对老年代，但一般的jvm很少会单独手机老年代，只有G1这样做，并且Major在不同jvm中，定义可能不同。
收集器清除算法：
基础算法是1960 Lisp之父提出的Mark-Sweep 标记-清除算法。其后很多算法都是以其为基础，进行改进得到。
标记-清除算法：全部进行标记（可以标记存活或回收的），然后一次清除。
标记-复制算法：通过将内存区域划分为两个区：使用区和空闲区。每次垃圾清除，将存活的对象复制到空闲区，然后清除使用区，并交换两者区域属性。1989年Andrew Appel针对具备“朝生夕灭”特点的对象，提出了一种更优化的半区复制分代策略，现在称为“Appel式回收”。
Appel式回收：将新生代分为1个eden（伊甸园）和2个survivor，一次保留一个survivor不使用。如hotspot中eden和survivor比例为8:1，所以一次使用（8+1）/10=90%的内存区域，不算太浪费。如果survivor不够时，会分配到老年代中，并在eden清空后分配回来。标记-复制算法和appel，其理论依据都是在于新生代对象存活率很低的情况下， 而这一般复合现实的规律。但老年代的存活率很高，其复制开销也会很大，不能用这种算法。
标记-整理算法（Mark-Compact）：（compact，紧凑的，v压缩）多用于老年代，和标记-清除算法很像，也是先标记，然后清除，但是其清除后，会对老年代存活对象进行移动，使之紧凑，解决了内存碎片化问题，但由于要移动和更改引用，其间会暂停线程蛮长时间（标记-清除也会，但很短），延迟还是蛮高的。（hotspot 的Parallel Scavenge收集器）
混合算法：对于老年代，可以先采取标记-清除算法，直到内存碎片已经影响内存分配，进行一次标记-清理算法，hotspot的cms算法就是这样做的。
并发：当收集器和其他线程并发时，要避免出现”对象消失“问题：以三色来理解：{ 黑：代表其已被扫描，且所引用的对象都已被扫描。灰：代表自身已被扫描，但其所引用对象还没有（执行ing）；白：代表没有被扫描 ；见https://en.wikipedia.org/wiki/Tracing_garbage_collection#Tri-color_marking。}
当并行时，可能出现灰色对象取消白色对象的引用，但之前的黑色对象却又引用了白色对象，此时白色对象会被错误编入待清除对象中。我们要解决这个问题。
“对象消失”问题出现的两个必要：
赋值器插入了一条或多条从黑色对象到白色对象的新引用； （解决方案：增量更新；扫描完后再扫描中途有引用其他对象行为的黑色节点。cms收集器）
赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用。（解决方案： 原始快照；中途有删除引用关系的，不直接删除，而是以开始时的快照进行，结束后再进行扫描。G1、Shenandoah收集器）
我们只要中断一个就可以。
计数收集：
java工具
...java/bin/里面，有很多命令行工具，具体看深入理解java虚拟机 4.2.6，
还有http://openjdk.java.net/jeps/320。
还有一些可视化工具、虚拟机插件及工作。（JHSDB、JConsole、Visual VM、BTrace（visual VM插件，也可以独立）、JFR、JMC、HSDIS用于输出汇编代码和JITWacth搭配）
class文件
用hex来查看class文件，用命令行工具javap来翻译class文件：javap -verbose filePath。
- 部分名词解释：
- 类型后缀_info：类型分为无符号类型和表。无符号用u1、u2、u4、u8表示，代码字节个数；表用info表示，里面可能有多个无符号和表数据类型；
格式：固定顺序的：
①（u4-四字节）magic number：标明这个文件的格式。如class文件是：xCAFEBABE
②（u4）minor version（次版本号=2bytes）和majoy version（主版本号=2bytes）：主版本号从45开始，次版本号为0~65535.如jdk1 majoy version =45、jdk13 majoy version=57。
③（u2-两字节）constant pool count（常量池里面的数量）。
④（中间省略所有常量池的常量....）常量池里面的数据共有十七中结构（到jdk12）几乎都不同，但第一项相同，是标签tag，如下表所示，共有17种。具体常量池的结构看：常量池内容
⑤（u2）Access tag（访问标志）：共有16个标志位可用，但当前只有9个被定义了（每个标志位用二进制0/1来标志）。主要用作对方法的标识，如其是否是普通类还是abstract、接口类，or其是否是public等。
⑥（u23）this_class* （类索引）、super_class（父类索引）、interfaces（接口索引）：每个2字节，索引的目的地为常量池对象列表，如0x0001，指常量池中第一个对象，也就是上述常量池中第一个常量数据。
⑦（ u2）field count：字段表集合数量。
⑧（每字段4对u2+可拓展的属性表）：标识该类里面的字段表数据，可能有多个字段。每一个字段表数据有如下结构：
access_flags（u2、类似于上述访问标志，标识该字段的修饰符等类型，如是否是public等）+
name_index(u2、常量池索引) +
descriptor_index（u2、常量池索引）：{ 结构：参数列表"(...)" + 返回值：int fun(int x, char []b) = (I[C)I }；
attribute_count（u2）：表示属性表的数量。
后面还有可能附加attribute_info表，里面是附加信息。如：int x=30；给定的初始值会作为常量池中的常量，而附加属性对其引用。
⑨（u2）方法区数量。
⑩（4对u2+属性表集合）方法区：属性表集合拥有很多属性_info，具体看下文
常量池内容
方法表
和字段表很类似。其属性表中会有code
结构为：4个u2+方法的属性表：（顺序）access_flag、name_index、descriptor_index（说明参数和返回值）、属性表个数、n个具体属性表（如Code表，下面有详述）
属性表
属性表通用格式：
属性表集合：
Ｃode属性表：
max_stack：最大栈深度，虚拟机运行时根据这个值来分配栈帧中操作栈深度。
max_locals：最大局部变量的值，定义槽slot的数量，一个槽可以放32位，但只能放一个变量，64位的要两个槽。其所定义的槽数量，并非所有局部变量的数量和，而是同一时间，存活的最大局部变量数量和类型计算出max_locals的值。以节约内存。
code_length：字节码的长度，虽然是u4，但实际上超过65535(u2)字节码就会拒绝编译。如jsp内面和内容，可能会规定到一个方法中，可能会超长编译失败。
code：由length个u1组成，每条指令的第一个字节u1，类似于处理器指令集，指出该指令的意义和该指令的长度等。《java虚拟机规范》定义了越200条编码值对应的指令意义。详情附录C“虚拟机字节码指令表”。
exception_table_length：异常表长度
exception_table:异常表代码，也是用了指令集
Exception属性表
说明：与上述Code属性表中的异常表不同，这个异常属性表，列出的是方法抛出的异常。
格式：
number_of_exceptions ：表示异常种类的个数。
exception_index_table：索引常量池中的Constant_Class_info型常量，代表该被检查的异常的类型的名字。
LineNumberTable属性表
功能：主要用于将java源码行号与code字节码偏移量进行关联映射。方便调试操作等，但非必须。javac中编译时，可以输入-g:none、-g:lines来取消关联。
line_number_table：包含多个line_number_info类型的数据。
line_number_info表：包含start_pc和line_number两个u2类型的数据项，前者是字节码行号，后者是Java源
码行号。
LocalVariableTable及LocalVariableTypeTable属性表
功能：将java源码局部变量与栈帧中局部变量联系起来。当别人引用这个方法时，参数名也会存在，如果取消此关联，可能外部引用时，局部变量名字会丢失，用args0、args1代替，虽然不影响运行，但不方便调试；编译时可用javac -g:none或 -g：vars来关闭。
格式：
name_index和description_index：都是对常量池进行索引，得到变量名，参数和返回类型。
index：是变量槽中的偏移量。如果是64位，其对应的值时index和index+1。
LocalVariableTypeTable：这个新增的属性结构与LocalVariableTable非常相似，仅仅是把记录的字段描述
符的descriptor_index替换成了字段的特征签名（Signature）。对于非泛型类型来说，描述符和特征签名
能描述的信息是能吻合一致的，但是泛型引入之后，由于描述符中泛型的参数化类型被擦除掉[3]，描
述符就不能准确描述泛型类型了。因此出现了LocalVariableTypeTable属性，使用字段的特征签名来完
成泛型的描述。
SourceFile、SourceDebugExtension属性表
功能：生成.class文件的源文件名，一般类名和源文件名都是一样的。
关闭：-g: none \ -g:source
格式：（u2）属性名索引、（u4）属性长度、（u2）常量池索引（得到.java源文件名）
SoureceDebugExtension：为了方便在编译器和动态生成的Class中加入供程序员使用的自定义内容，在JDK 5时，新增了 SourceDebugExtension属性用于存储额外的代码调试信息。典型的场景是在进行JSP文件调试时，无法通过Java堆栈来定位到JSP文件的行号。JSR 45提案为这些非Java语言编写，却需要编译成字节码并运行在Java虚拟机中的程序提供了一个进行调试的标准机制，使用SourceDebugExtension属性就可以用于存储这个标准所新加入的调试信息，譬如让程序员能够快速从异常堆栈中定位出原始JSP中出现问题的行号。
格式：
ConstantValue 属性表
innerClasses 属性表
说明：一个类包含了内部类，则会生成该属性表，用于记录内部类和宿主类之间的关联。
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inner_class_info_index和outer_class_info_index：分别代表内部类和宿主类在常量池中的类型为CONSTANT_Class_info符号引用。
inner_name_index：指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，代表这个内部类的名称，如果是匿名内部类，这项值为0。
inner_class_access_flags：内部类的访问标志，类似于类的access_flags，它的取值范围如表6-26所示。
Deprecated、Synthetic属性表
Deprecated：（弃用的）通过在方法、字段前添加@Deprecated来设置。编译时，会在属性表中进行简单描述。
SYnthetic：（人造的）标识该方法、字段、类是编译器自动生成的，非从源代码中来。
格式：
（u2）属性名常量池索引 + （u4）属性长度（恒定为0x00000000）。
StackMapTable
Signature属性表
BootStrapMethods属性表
MethodParameters属性表
还有两个属性没有写
字节码指令简介
说明：java虚拟机采用的是面向操作数栈而非寄存器的架构。
详情：Java虚拟机规范（Java SE 7）——第六章。
名词解释：
Opcode：操作码。1字节大小；用于标识特定操作。其后跟随0~多个该操作需要的参数。
Operand：操作数。跟在操作码后面的数据。
助记符：操作码的助记符，用来简述操作的意义。其中特殊字符用作表明服务的数据类型。l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，f代表float，d代表double，a代表reference。也有的没有特殊字符。
说明：限于一字节大小的指令集，对于类型大小<int的，如byte、char、short等，编译时都会进行拓展成int来操作。包括数组如char数组都会拓展成int数组来操作。
加载和存储指令
功能：用于将数据，在栈帧中的{局部变量表}、{操作数栈}之间相互传输。
从局部变量加载到操作栈：iload、iload_<n>、fload、 fload _<n>、dload、dload _<n> 、aload、aload _<n>
从操作栈存储到局部变量：istore、istore_<n>等
-
将常量加载到操作数栈：bipush、sipusldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_m1、
iconst_ <i>、lconst _<l>、fconst _<f>、dconst _<d> 。
拓展局部变量表的访问索引：wide
<n>：上述如iload_<n>指令中的 _<n>代表了一组指令。算是iload的特殊形式。
运算指令
说明：对byte、short、char、boolean类型的算术指令，用int类型的指令来代替。《java虚拟机规范》指出， 只有xdiv 、xrem 中出现余数为0时，会抛出ArithmeticException异常。
算术指令：用x代替（i、l、f、d）；iadd、ladd、fadd、dadd；xsub；xmul；xdiv；
xrem（取反）；xshl、xshr（位移）；ior、lor（按位或）；iand、land（按位与）；ixor、lxor（按位异或）；iinc（自增）；·比较指令：dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp；
类型转换指令
宽化类型转换（Widening Numeric Conversion）：从小范围类型转化为大范围。如int -> long/float/double；隐式即可转换。
窄化类型转换（Widening Numeric Conversion）：从大范围类型转化为小范围。如float/double -> long；必须显示转换；
窄化类型转换指令：i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2f。
对象创建与访问指令
创建类的指令：new
创建数组的指令：newarray、anewarray、multianewarray
访问类字段（static字段，也称类变量）指令：getstatic、putstatic
访问实例字段（非static字段，或称实例的变量）：getfield、putfield
将数组元素加载到操作数栈的指令：baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload。
操作数栈的值储存到数组元素的指令：bastore’、castore、sastore、iastore、fastore、lastore、fastore、aastore
取数组长度的指令：arraylength
检查对象实例所属类型的指令：instanceof、checkcast
操作数栈管理指令
操作数栈 栈顶出栈：pop、pop2（顶上两个元素出栈）
复制栈顶一个、二个数值，并将复制值压入栈顶：dup、dup2；dup_x1、dup2_x1；dup2_x2、dup2_x2；
将栈中最顶端的两个数值互换：swap
控制转移指令
说明：有条件或无条件地跳转。如之前所说，byte等数据类型会转换成int，而long、float、double则会先进行计算xcmpl、xcmpg，返回一个整数值到操作数栈中，随后在执行int的条件分支比较操作。
条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpgt、if_icmple、if_icompge、if_acmpeq、if_acmpne
复合条件分支：tableswitch、lookupswitch
无条件分支：goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret
方法调用和返回指令
invokevirtual：用于调用对象（实例）的方法。
invokeinterface：用于调用接口的方法。
invokespecial：调用一些需特殊处理的方法。包括：实例初始化方法、私有方法、父类方法等。
invokestatic：调用类静态方法。
invokedynamic：用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法。
说明：调用函数与返回值无关，但是返回指令是根据类型进行区分。
ireturn：返回的类型包括int、short、char、byte、boolean。
lreturn、freturn、dreturn、areturn、return（void返回类型）
异常处理指令
athrow：显式抛出异常。
java虚拟机对异常的处理，不是由字节码指令来实现。而是由异常表来完成。
同步指令
说明：用monitor（管程，或称锁）来实现方法级同步和方法内（一段指令序列）同步。‘
同步：方法执行前持有monitor、然后调用方法，方法结束后释放monitor。执行期间，其他线程无法在获得同一个monitor管程。当发生异常时，方法内部无法处理并抛出异常到同步方法边界外后，会释放管程。
方法级同步：由虚拟机隐式来完成。虚拟机通过访问该方法常量池里面的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，来决定是否让该执行线程持有管程，随后再执行方法。
方法内同步：当java中，方法内部有synchronized语句，则会进行同步。
monitorenter：调用前会执行该指令
-
monitorexit：调用结束前会执行该指令。
在这两个指令必须配对使用。其中间的指令序列，即是被同步的。如果没有异常处理程序，虚拟机会自动生成可处理所有异常的异常处理代码，为的是monitorenter能正确配对。
共有设计和私有实现
如class文件格式和字节码指令。两者与硬件、操作系统、具体java虚拟机实现之间是完全独立的。虚拟机实现者可以充分优化和拓展，已获得更好的性能。
实现方式主要有两种：
- 将输入的java虚拟机代码在加载时或执行时，翻译成另外一种虚拟机的指令集。
- 将输入的java虚拟机代码在加载时或执行时，翻译成宿主机处理程序的本地指令集。（即时编译器代码生成技术）
虚拟机类加载机制
类的生命周期：
强制初始化
《java虚拟机规范》中对初始化之前的阶段是没有强制要求的，有且仅有以下六种情况，则必须进行初始化：
遇到new、getstatic、putstatic、invokestaitc
使用java.lang.reflect（反射）包的方法对类型进行反射调用时。
当初始化类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化（接口不需要初始化其父类）
当虚拟机启动时，会根据用户指定的主类（包含main()方法），虚拟机会先初始化这个主类。
-
当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解
析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句
柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
-
当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有
这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。
类加载阶段
①加载
三件事情：
- 通过一个类的全限定名，来获取定义此类的二进制字节流。（？如何获得？）
- 将这个字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区的运行时数据结构。
- 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口。
②验证
《java虚拟机规范》中描述比较笼统，不是太具体。大概会完成下面四个阶段：
- 文件格式验证： 验证字节流是否符合Class文件格式规范。如检测是否以魔数0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在可运行、常量池的常量中是否有不被支持的常量类型等...内容非常庞多。主要保证输入的字节流能正确解析，并存储在虚拟机内存方法区中。（基于二进制流，之后三个阶段都基于方法区存储结构）
- 元数据验证：主要对类的元数据信息进行语义校验（对类本身进行校验），如：是否有父类（除了java.lang.Object之外都应有）、父类是否不允许被继承、是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法等等...
- 字节码验证：（对类里方法Code属性进行校验）最复杂的一个验证阶段，保证被校验的方法运行时不会危害虚拟机安全。
- 符号引用验证：校验类所引用的外部类、方法、字段等。
当确保无误时，可通过-Xverify:none来关闭，节约虚拟机验证时间。
③准备
为类中定义的static变量分配内存，并设置变量初始值（0，而非代码中的初始值，如static int x=120，是要到创建实例才被类构造器< clinit>()初始化；注意：常量除外，常量是直接就初始化为指定值）
④解析
虚拟机将常量池内的符号引用，改成直接引用。
- 符号引用：一组字符，描述引用的目标。目标并不一定已加载到虚拟机内存中。
- 直接引用：直接指向目标的指针、相对偏移量、句柄等。目标必定已在虚拟机中了。
1.类或接口的解析：
非数组（普通类或接口）：虚拟机把该类型的符号引用（全限定名）提供给类加载器，类加载器加载这个类到内存中。
数组：和非数组差不多，不过其描述符的形式为："[Ljava/lang/Integer"。
符号引用验证：验证是否本类对引用类有访问权限，如果无，会抛出java.lang.IllegalAccessError异常。（由于JDK9引入了模块化概念，Public类型也并非一定可以访问，要看本模块是否有引用类所属模块的访问权限。
2.字段解析：
用于解析类中的字段，将字段与实际的所属类联系起来，所以会先解析其父类或实现的接口。
- 字段所属类本身包含该字段的简单名称和字段描述符，则返回这个字段的直接引用。
- 否则，先搜索其实现的接口，按继承关系从下往上搜索所有父接口，直到找到匹配的简单名称和字段描述符。
- 否则，在搜索其父类，按继承关系往上，直到找到匹配的简单名称和字段描述符。
- 否则，查找失败，抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。
注意：Oracle公司的javac编译器在实现时，更加严格。当该类本身及父类、所实现接口中，都有该字段的简单名称和字段描述符时，会报错。Javac编译器将提示“The field Sub.A is ambiguous”，并且会拒绝编译这段代码。
3.方法解析：
- 解析方法所属类，并加载类，解析成功时继续后续
- 若在类的方法表中进行方法解析，但是却指向了接口类型的常量池索引，会报错Java.lang.IncompatibleClassChangeError，若无错，则继续
- 此后便是检查该方法是在本类、还是父类、所实现的接口类中。如果没有找到抛出java.lang.NoSuchMethodError。
- 查找并成功返回来直接引用后，会对这个方法进行权限验证，如果不具备访问该方法权限，则抛出java.lang.IllegalAccessError
4.接口方法解析：
- 解析接口方法所属接口的符号引用，并解析
- 如上，如果在接口方法表中发现方法引用的常量类型是类，则报不匹配类型改变错误。正常则继续
- 沿本接口、父接口一直往上，直到找到匹配的方法。如果找到返回其直接引用。当多个接口时，具体实现要看具体的编译器，有的严格编译器可能会在多个接口都有匹配方法时，进行拒绝编译。
- 如果没找到，抛出没有该方法异常。
⑤初始化
感觉这老师讲得太烂了，不适合初学者学习。
类加载器
功能：用于根据全限定名，加载字节流到虚拟机内存中。
注意：当同一个类文件由两个类加载器加载时，其在虚拟机中不属于同一个类，因为每个类加载器有自己类名字列表空间。
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：启动类加载器是用C++语言实现的，是虚拟机自身的组成部分。
- 功能：用于加载存放在<JAVA_HOME>\lib目录下的、-Xbootclasspath参数指定路径下的、java虚拟机能够识别的类库到虚拟机内存中（按文件名和后缀识别）。
- 说明：无法被类加载器直接引用，当需要让Bootstrap ClassLoader来加载类时，设置ClassLoader 实例=null即可。
扩展类加载器（Extension CLassLoader）：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以java代码实现。
- 功能：用于加载存放在<JAVA_HOME>\lib\ext目录下的、java.ext.dirs系统变量所指定的路劲下的所有类库。用户可以将拓展的类库放在<JAVA_HOME>\lib\ext下来对JAVA SE拓展。
- 说明：因为拓展类加载器是由java写成，所以可以直接在java代码中使用拓展类加载器来加载CLass文件。
应用程序加载器（Application ClassLoader）：（因其是ClassLoader.getSystemClassLoader()的返回值，也称系统类加载器）sun.misc.Launcher$AppClassLoader中以java代码实现。
- 功能：用于加载用户编写的类，所在路径的所有类库。
- 说明：开发者可以直接在代码中使用这个类。并且当没有自定义的类加载器时，其会作为默认类加载器。
双亲委派模型（Parents Delegation Model）--三层类加载器
说明：JDK9之前的java应用都是由启动、拓展、应用类加载器互相配合完成加载。当想要从磁盘外以及其他路径加载类或通过加载器实现类的隔离、重载等功能时，用户可以自定义类来进行拓展。其非强制性模型，但由java官方推荐使用这个模型。
层次结构：双亲委派模型中，父子关系不是继承，而是组合。如自定义类加载器可以组合应用程序类加载器。除了顶层的启动类加载器外，所有的类加载器都应该要有父辈类加载器。
工作过程（先上后下）：当一个类加载器收到类加载请求，其首先会向父辈类加载器传递这个请求，而父辈类加载器也会向其父辈类加载器传递，直到最顶。当父辈在自己的类加载路径目录下找不到该类时，就会让子辈类加载器来加载，以此又往下传递。
优点：
- 保证程序稳定运作：越基础的类由越上层的类加载器加载；这种层次结构及工作方式，让系统类库的类，永远都是由固定的类加载器加载。如java.lang.Object类，处在rt.jar中，将由启动类加载器加载。就算用户自定义了一个同名类，但永远也无法加载，因为每次都会加载Object类。
- 实现模型的代码十分简单：仅十余行代码，先检查请求加载的类型是否已经被加载过，若没有则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。假如父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常的话，才调用自己的findClass()方法尝试进行加载。
延伸：关于热部署等方法，以及JDBC、JNDI等"破坏"了模型，但是却解决了问题。
java模块化系统（Java Platform Module System，JPMS）
模块：JDK9之后引入模块化系统，如jar（archive，文档）包中， 之前仅用作类库的容器，而现在其还可以包含模块的信息（实现封装隔离机制）。包括：所依赖的模块列表、导出的包列表（其他模块可使用）、开放的包列表（其他模块可反射访问的列表）、使用的服务列表、提供服务的实现列表。
类路径和模块路径（ModulePath）：jdk9后将路径分为类路径和模块路径。类路径上的全部以传统jar包看待（就算包含了模块化信息）；模块路径上的jar或jmod文件全部以模块看待；
访问规则：
- JAR文件在类路径访问规则：将所有类路径上的jar文件及其他资源文件，看做放在了一个匿名模块里。其可以看到本模块内所有包、jdk系统模块中所有的导出包、模块路径上所有模块的导出包。
- JAR文件在模块路径访问规则：尽管不包含module-info.class文件，其只要在模块路径上，就被当做模块对待。默认依赖于整个模块路径上的所有模块（可访问他们的导出包），且默认导出其所有的包。
- 模块在模块路径的访问规则：普通模块称为具名模块（Named Module），只能访问其所列出的依赖模块和包，对jar文件（匿名模块）里的所有内容不可见。
模块化下的类加载器
变更：
-
拓展类加载器 被 平台类加载器 取代。
因为模块化本身具足拓展性，不需要再有<JAVA_HOME>\lib\ext目录和系统变量java.ext.dirs和拓展类加载器了
-
<JAVA_HOME>\jre也被取消。
而jre也可以随时通过模块，构建出一个运行环境。如：
jlink -p $JAVA_HOME/jmods --add-modules java.base --output jre -
平台类加载器 和 应用程序加载器 取消继承自java.net.URLCLASSLoader ，转而与启动类加载器一起继承自jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader，该类实现了模块化下的类加载逻辑，及资源可访问性处理。
如果有程序依赖这个继承关系，或者依赖于URLClassLoader的特定方法，那代码可能会在JDK9及以后版本中崩溃。
如上述，启动类加载器也变成虚拟机内部和java类库共同协作实现的类加载器了。但是调用方式还是要自定义类加载器并赋值为null.
双亲委派模型中，类加载器关系也发生变化。
系统模块：
归属：系统模块有规定的类加载器，当加载一个模块时，在向父辈传递请求之前，先判断是否是系统模块，及其归属的类加载器是哪个，并将请求交给他。若非系统模块，才交给父类传递。
BootStrap ClassLoader负责加载的模块：
| java.base | java.datatransfer | java.desktop | java.instrement |
|---|---|---|---|
| java.logging | java.management | java.management.rmi | java.naming |
| java.prefs | java.rmi(远程方法调用) | java.security.sasl | java.xml |
| jdk.httpserver | jdk.internal.vm.ci | jdk.management | jdk.management.agent |
| jdk.naming.rmi | jdk.net | jdk.sctp | jdk.unsupported |
Platform ClassLoader负责加载的模块：
crypto(加密)、incubator(孵化器)
Application ClassLoader负责加载的模块
虚拟机字节码执行引擎
概述：与物理机不同，虚拟机用软件层面的执行引擎，来对二进制字节码流进行处理。通常执行引擎运作方式为：解释执行和编译执行。不同虚拟机实现中，选择的方法可能不同，单一或者搭配，或者按等级结构分配执行引擎。
运行时栈帧结构
栈帧：储存了函数方法的局部变量、操作数栈、动态连接、方法返回地址等。不同栈帧作为不同方法的所有物，是完全独立的。
栈帧生命周期：从调用一个方法开始，到执行结束的过程。也是其在虚拟机栈里，入栈到出栈的过程。
当前帧栈：对执行引擎来说，只有最顶的帧栈是正在执行的帧栈，引擎所执行的所有字节码都只针对该帧栈进行操作。
细节：
- 栈帧中的局部变量表所需空间、栈深度，都已经在编译的时候确定并写入Code表中。运行时不会改变。
栈帧结构示意图：
局部变量表：
组成：多个槽构成。用于存储 方法参数 和 方法内部定义的局部变量。
槽：《java虚拟机规范》并没有规定其大小，而是只要能大于等于32位就行（放下32位以内的所有类型）。64位分成两个，高位在前。
虚拟机数据类型：reference=32位。注意！其和java语言数据类型不同。尤其是其中的引用reference是占一个槽，还有一个returnAddress类型也是一个槽。（returnAddress为执行一条字节码指令的地址，不常见了，其作为古老jdk上面异常处理跳转的助手）
储存结构：类似于数组，当全是32位以下类型时，第n个数据，就放在第n个槽。64位数据，则占据2槽，放在n、n+1位（高位在前）。
64位的数据，虚拟机不允许任何方式单独访问其中一个槽。校验阶段会发生异常。
方法调用过程：（对于实参到形参的传递，使用栈帧的局部变量表来完成；运行调用时，生成如下过程）
- 1.如果执行的是对象实例的方法（不是直接Class.(static)function），则局部变量表中，第0个槽，即引用==0位置的槽，会放置上其所属对象的引用。
- 2.从第一个槽开始，依实参顺序依次放入变量表中。
- 3.然后依方法内的局部变量先后顺序及作用域，将他们依次放入变量表中。
局部变量表槽复用：在一个函数方法内，当有多个作用域时，槽的数量不一定就是所有变量数量和，而是可以进行复用。如有多个"{...}"区域存在，其中的代码的作用域到"}"为止。（疑问：意思是不一次放入所有变量到局部变量表么？）
操作数栈：
组成：一个后进先出的栈数据结构。最大栈深度，编译时已被写入Code属性的max_stacks数据项中。
- 栈元素可包括64位，其占两个栈容量。普通32位占一个栈容量。
功能：用于完成字节码中的操作。如：iadd指令，执行时会将操作数栈顶两个元素进行出栈，并相加，随后压入栈中。其前面要有类似两个iload指令，将int整数放入栈中。
- 注意：虚拟机字节码指令执行，对数据要求是绝对匹配的。如iadd，操作栈中的栈顶两个元素必须是int型，不能是float、double、long等。否则编译阶段就会报错，就算通过或手写字节码，虚拟机验证阶段也会报错。
操作数栈共享
说明：出于节约空间和共享数据理念，有部分操作数栈区域可以共享。
动态连接
组成：一个引用。其指向运行时方法区：常量池里，该栈帧所属的方法。
方法返回地址：
组成：保存返回地址。
说明：动态链接、方法返回地址、其他附加信息等组合起来称为栈帧信息。
方法调用
解析：当虚拟机进行解析操作时，只有类里的static、private方法会被解析成直接引用，因为其不会在运行时更改了。
方法调用指令集：
- invokestatic：调用静态方法
- invokespecial：调用实例构造器< init>()方法、私有方法和父类中的方法。
- invokevirtual：用于调用所有的虚方法。
- invokeinterface：调用接口方法
- invokedynamic：在运行时，动态解析出调用点的限定符所引用的方法，然后执行该方法。
invokestatic和invokespecial都可以在解析时，确定唯一的调用版本（方法的内部结构），两个指令集对应的方法，其符号引用在解析时就生成了直接引用。
非虚方法：静态方法、实例构造器<init>()方法、私有方法、父类方法、final修饰的方法。
虚方法：所有其他方法。
分派
静态类型：是编译期间确定的。注意：即使Human human=new Man（），但是human的类型还是Human，除非强制转换，只有到运行时，才会确定其变成Man类型。
实际类型：（actual type）编译期间是无法确定其类型的，只有运行时才可以。
// 实际类型变化
Human human = (new Random()).nextBoolean() ? new Man() : new Woman();
// 静态类型变化
sr.sayHello((Man) human)
sr.sayHello((Woman) human)
静态分派：依静态类型，来决定方法执行版本的分派动作。发生在编译阶段。最典型应用是方法重载。
- 自动转型顺序：char>int>long>float>double。（调用方法，当输入的参数不对应其已有重载方法时。如：参数为'a'，若无fun(char x)类型，则转化为unicode整数，或继续转化成长整数...）
动态分派：（*难！书里8.3.2）
单分派和多分派：目前来说，静态多分派，动态单分派。
动态类型语言支持
静态和动态类型语言判定：类型检查是在编译期间还是运行期间？
- 类型检查：如:obj.fun()，静态类型语言在编译期间，会确定obj的静态类型，而且其运行时实际类型必须为其本身或派生。而动态类型语言不会确定obj的本身类型，只会在运行时确定其的实际类型。
- 连接时、运行时异常：连接时是在类加载阶段就报错。运行时异常是只有运行到异常位置才会报错，能通过类加载。
注意：动态类型语言与动态语言、弱类型语言并不是一个概念，需要区别对待。
根本学不懂，后面在学吧。
基于栈的字节码解释执行引擎
tomcatd的目录组织及自定义类加载器
说明：（Tomcat 6之前的结构）定义了多个目录，提供不同权限，并实现类库隔离。（Common、Shared、WebApp\WEB_INF、Server(Catalina类加载器)）
每一个WebApp类加载器和JSP类加载器通常会存在多个实例。
Common类加载器能加载的类都可以被Catalina类加载器和Shared类加载器使用，而Catalina类加载器和Shared类加载器自己能加载的类则与对方相互隔离。
JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个Class文件，它存在的目的就是为了被丢弃：当服务器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的JSP类加载器来实现JSP文件的HotSwap功能
注意：在Tomcat 6及之后的版本简化了默认的目录结构（/common、/shared、/server合并在/bin目录），只有指定了tomcat/conf/catalina.properties配置文件的server.loader和share.loader项后才会真正建立Catalina类加载器和Shared类加载器的实例，否则会用到这两个类加载器的地方都会用Common类加载器的实例代替
