JVM学习四

运行时数据区（Runtime Data Area）

参考jvms（java virtual machine specification）和jls(java language specification)

从一则面试题说起：

public class TestIPulsPlus {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 8;
        //此方式输出8
        i = i++;
        //此方式输出9
       // i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

PC（Program Counter 程序计数器）：
1、存放指令位置
2、虚拟机的运行，类似于这样的循环：
while(not end) {
取PC中的位置，找到对应位置的指令
执行该指令：
PC++
}

JVMStack【线程独有的】：

java运行中写的每个线程对应的一个栈，每个方法对应一个栈帧
native method stacks：指的是本地方法（C/C++），调用的JNI
Direct Memory（直接内存）：属于NIO的内容，java 1.4新增的
，为了增加IO的效率。归操作系统管【从JVM里面可以直接访问操作系统
管理的内存的，用户空间直接访问内核空间的内存】，实现了0拷贝

Heap【线程共享的】：

Method Area【线程共享的】：
存储每一个类的结构

方法区实现【1.8以前和以后是两个不同的实现】：
1、perm Space（<1.8）永久区
字符串常量位于PermSpace
FGC不会清理
大小启动的时候指定，不能变

2、Meta Space(>=1.8) 元空间
字符串常量位于堆
会触发FGC清理
Runtime Constant Pool：class文件里面的常量池，运行的时候会扔到这里
不设定的话，最大就是物理内存

如何证明1.7字符串常量位于perm，而1.8位于Heap？
结合GC，一直创建字符串常量，观察堆和MetaSpace的情况，看溢出时的报错也可以。

总结：
VMS：virtual machine stack
nms：native method stack

栈帧【每个方法对应一个栈帧】

dynamic linking：参照jvms2.6.3
一个线程有自己的线程栈，每个线程栈里面装着一个个的栈帧，每个栈帧里面有个dynamic linking，这个linking指向的是
运行时常量池里面的符号链接，看是否解析了，如果解析了则直接用，如果没解析则动态解析。如a方法调用了b方法，b的内容得去运行时常量池里面去找。

return address（返回值地址）：a()->b()，方法a调用了方法b，b方法的返回值放什么地方。

回到面试题目：

public class TestIPulsPlus {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 8;
        //此方式输出8
        i = i++;
        //此方式输出9
       // i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

查看它的指令：
首先看局部变量表：里面有两个变量分别是args，和i

首先执行bipush 8，将它当成一个int类型扔到栈里面

istore_1
把栈顶元素出栈，放在下标值为1的局部变量表里面。
至此i=8完成

iload_1
将局部变量表1位置上的数压栈，就是8压栈

iinc 1 by 1; 将局部变量表为1的位置上面的数加1，此时变成9
istore_1：将操作数栈中的8拿回去赋值到局部变量表1位置所对应的值，此时将8
赋值回去局部变量表1对应的值修改为8
因此最后的返回结果为8。

指令集补充： 1、基于栈的指令集（JVM）
2、基于寄存器的指令集（汇编涉及）
hotspot的local variable table 类似于寄存器

栈的执行流程

Java虚拟机栈（Java栈）每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧，对应着一次次的Java方法调用。是线程私有的。
操作数栈：每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出的操作数栈，也可以称为表达式栈。操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈和出栈，操作数栈是为了存计算的临时中间结果的，而局部遍历表一般是固定的，用来放方法的参数和方法内部定义的变量

当大于127的时候采用sipush

注意下图的this，只要不是static方法的情况，这个方法的调用是需要对象的，然后这个对象
被扔进了局部变量表里面了

如图首先局部变量表0-3位置上对应的变量依次是this,a,b,c。
依次把3压栈
依次吧4压栈
然后再把3+4的结果压栈
然后弹出栈顶元素 7
压在c里面

public class Hello_02 {
    public static void main(String[] args) {
        Hello_02 h = new Hello_02();
        h.m1();
    }

    public void m1() {
        int i = 200;
    }
}

m1字节码

main方法字节码：
new完对象之后会把这个对象的地址压栈，对象此时是一个默认值
dup命令是将栈里面的那个地址再复制一份，现在栈里面就有两个元素指向了那个对象了，
再调用invokespecial执行默认构造方法，会将栈顶的元素给弹出来，做计算，这个过程中
对象里面的值就不再是默认值而是初始值了，并且也调用了初始化方法。
此时栈里面只有一个对象地址了。然后执行astore_1，将栈顶元素赋值给本地变量表的1位置上
。aload1是将h入栈，然后调用invokevirtual将这个h弹出栈顶，然后调用m1方法。
注意指令重排是：调用invokespecial和astore_1进行指令重排

main本地变量表：

由于main调用了m1方法，当main要调用m1方法的时候，main停止执行，等m1栈帧执行弹出完毕再执行

递归调用：
递归的阶乘。

这里我们来分析上图的m方法的字节码：
本地变量表是0位置this，1位置n
1、iload_1 首先将n=3入栈
2、iconst_1，将常量值1压栈
3、if_icmpne 如果不等于1【注意这里是load_1和iconst_1都弹出去才能比较】，
就跳到第七条指令去执行 iload_1又将3压栈，再执行aload_0，将this压栈，iload_1
又将3压栈，iconst_1,将常量1压栈，isub再将两数相减。再调用m方法【注意此时栈中包含元素
为3 this 2 】，执行m方法的时候需要两个参数，第一个参数是n就是栈顶的2，还要把this传给它，因为
调用的时候还需要知道是哪个对象在调用【此时弹出this 和 2】，此时n的值变成2。
直到当n=1的时候则返回，执行m(2)的后续逻辑，最后再执行m3的后续逻辑【imul】执行相乘的逻辑。

小总结

clinit :静态语句块的初始化【没有显示的调用看不出来】
init：构造方法初始化

invoke指令：

1. InvokeStatic：调用静态方法

public class T01_InvokeStatic {
    public static void main(String[] args) {
        m();
    }

    public static void m() {}
}

2. InvokeVirtual：自带多态的根据对象来调用方法，看压栈的是哪个对象

public class T02_InvokeVirtual {
    public static void main(String[] args) {
        new T02_InvokeVirtual().m();
    }

    public void m() {}
}

4. InvokeInterface

    public static void main(String[] args) {
    //作为interface来调用的
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("hello");
		//这个是invokevirtual
        ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("hello2");
    }

5. InovkeSpecial
   可以直接定位，不需要多态的方法
   private 方法 ， 构造方法
   注意final也是invokevirtual的，不是invokespecial的。

public class T03_InvokeSpecial {
    public static void main(String[] args) {
        T03_InvokeSpecial t = new T03_InvokeSpecial();
        t.m();
        t.n();
    }

    public final void m() {}
    private void n() {}
}

6. InvokeDynamic
   JVM最难的指令
   lambda表达式或者反射或者其他动态语言scala kotlin，或者CGLib ，ASM，
   运行时动态产生的class，会用到的指令
   类似于一个函数式的指针，C::n指向的时n这个函数

public class T05_InvokeDynamic {
    public static void main(String[] args) {


        I i = C::n;
        I i2 = C::n;
        I i3 = C::n;
        I i4 = () -> {
            C.n();
        };
        System.out.println(i.getClass());
        System.out.println(i2.getClass());
        System.out.println(i3.getClass());

        //for(;;) {I j = C::n;} //MethodArea <1.8 Perm Space (FGC不回收)小于1.8会产生OOM
    }

    @FunctionalInterface
    public interface I {
        void m();
    }

    public static class C {
        static void n() {
            System.out.println("hello");
        }
    }
}