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「作者推荐」【JVM性能优化】深入理解G1垃圾收集器的原理和运行机制

> **本文首先简单介绍了垃圾收集的常见方式,然后再分析了G1收集器的收集原理,相比其他垃圾收集器的优势,最后给出了一些调优实践。** ### 什么是垃圾回收 > **首先,在了解G1之前,我们需要清楚的知道,垃圾回收是什么?简单的说垃圾回收就是回收内存中不再使用的对象**。 ### G1收集器 > **G1收集器(或者垃圾优先收集器)的设计初衷是为了尽量缩短处理超大堆(大于4GB)时产生的停顿**。**相对于CMS的优势而言是内存碎片的产生率大大降低。** #### 开启G1收集器的方式 > **-XX:+UseG1GC** ## G1的发展原则 > **在2012年才在jdk1.7u4中可用。Oracle官方计划在【jdk9】中将G1变成默认的垃圾收集器,以替代CMS。为何Oracle要极力推荐G1呢,G1有哪些优点?** #### **首先,G1的设计原则就是简单可行的性能调优** 开发人员仅仅需要声明以下参数即可: > **-XX:+UseG1GC -Xmx32g -XX:MaxGCPauseMillis=200** - `-XX:+UseG1GC`:**为开启G1垃圾收集器** - `-Xmx32g`:****设计堆内存的最大内存为32G** - `XX:MaxGCPauseMillis=200`设置GC的最大暂停时间为**200ms** > **如果我们需要调优,在内存大小一定的情况下,我们只需要修改最大暂停时间即可。** #### **其次,G1将新生代,老年代的物理空间划分取消了**。 这样我们再也不用单独的空间对每个代进行设置了,不用担心每个代内存是否足够。**取而代之的是,G1算法将堆划分为若干个区域(Region),它仍然属于分代收集器**。 ![](http://static.open-open.com/lib/uploadImg/20161222/20161222153407_691.png) - **这些区域的一部分包含新生代,新生代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式(STW),将存活对象拷贝到老年代或者Survivor空间**。 - **老年代也分成很多区域,G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区域,完成了清理工作。** - **这就意味着,在正常的处理过程中,G1完成了堆的压缩(至少是部分堆的压缩),这样也就不会有cms内存碎片问题的存在了。** ![](http://static.open-open.com/lib/uploadImg/20161222/20161222153407_471.png) - **G1中,有种特殊的区域,叫Humongous区域。 如果一个对象占用的空间超过了分区容量50%以上,G1收集器就认为这是一个巨型对象。** - **这些巨型对象,默认直接会被分配在年老代,但是如果它是一个短期存在的巨型对象,就会对垃圾收集器造成负面影响**。 - **为了解决这个问题,G1划分了一个Humongous区,它用来专门存放巨型对象**。 **如果一个H区装不下一个巨型对象,那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区,有时候不得不启动Full GC**。 > **在java 8中,持久代也移动到了普通的堆内存空间中,改为元空间。** ## 对象分配策略 说起大对象的分配,我们不得不谈谈对象的分配策略。它分为3个阶段: - **TLAB(Thread Local Allocation Buffer)线程本地分配缓冲区** - **Eden区中分配** - **Humongous区分配** ------------ - **如果对象在一个共享的空间中分配,需要采用一些同步机制来管理这些空间内的空闲空间指针**。 - **在Eden空间中,每一个线程都有一个固定的分区用于分配对象,即一个TLAB。分配对象时,线程之间不再需要进行任何的同步。** - **(-XX:+UseTLAB)TLAB为线程本地分配缓冲区,它的目的为了使对象尽可能快的分配出来**。 - **对TLAB空间中无法分配的对象,JVM会尝试在Eden空间中进行分配。如果Eden空间无法容纳该对象,就只能在老年代中进行分配空间**。 - **G1提供了两种GC模式,Young GC和Mixed GC,两种都是Stop The World(STW)的。** 下面我们将分别介绍一下这2种模式。 ### G1 Young GC **Young GC主要是对Eden区进行GC,它在Eden空间耗尽时会被触发**。 1. 在这种情况下,Eden空间的数据移动到Survivor空间中,如果Survivor空间不够,**Eden空间的部分数据会直接晋升到年老代空间**。 2. **Survivor区的数据移动到新的Survivor区中,也有部分数据晋升到老年代空间中**。 3. **最终Eden空间的数据为空,GC停止工作,应用线程继续执行**。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-f948b98ea11c338489d07116e55deb507d8.png) ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-b3ddd3bb88e36afbf4fe5dba2650c4114f8.png) > **问题1:如果仅仅GC新生代对象,如何找到所有的根对象呢?老年代的所有对象都是根么?** **G1引进了RSet的概念。它的全称是Remembered Set,作用是跟踪指向某个heap区内的对象引用**。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-3f8c92136468a08f670b3d3ffef90f6bf6e.png) - **在CMS中,也有RSet的概念,在[老年代]中有一块区域用来记录指向[新生代]的引用**。 - **这是一种point-out,在进行Young GC时,扫描根时,仅仅需要扫描这一块区域,而不需要扫描整个老年代**。 - 但在G1中,并没有使用**point-out**,这是由于一个分区太小,分区数量太多,如果是用point-out的话,**会造成大量的扫描浪费(会存在重复定的扫描指针的数据块),有些根本不需要GC的分区引用也扫描了**。 - **于是G1中使用point-in来解决。point-in的意思是哪些分区引用了当前分区中的对象。** > **问题2:根来扫描就避免了无效的扫描。由于新生代有多个,那么我们需要在新生代之间记录引用吗?** - **这是不必要的,原因在于每次GC时,所有新生代都会被扫描,所以只需要记录老年代到新生代之间的引用即可**。 **如果引用的对象很多,赋值器需要对每个引用做处理,赋值器开销会很大,为了解决赋值器开销这个问题,在G1中又引入了另外一个概念,卡表(Card Table)**。 - **一个Card Table将一个分区在逻辑上划分为固定大小的连续区域,每个区域称之为卡表**。 - **卡表通常较小,介于128到512字节之间**。 > **Card Table通常为字节数组,由Card的索引(即数组下标)来标识每个分区的空间地址**。 > **默认情况下,每个卡表都未被引用。当一个地址空间被引用时,这个地址空间对应的数组索引的值被标记为”0″,即标记为脏被引用,此外RSet也将这个数组下标记录下来**。 **一般情况下,这个RSet其实是一个Hash Table,Key是别的Region的起始地址,Value是一个集合,里面的元素是Card Table的Index**。 ### Young GC 阶段 - **阶段1:根扫描:静态和本地对象被扫描** - **阶段2:更新RS:处理dirty card队列更新RS** - **阶段3:处理RS:检测从年轻代指向年老代的对象** - **阶段4:对象拷贝:拷贝存活的对象到survivor/old区域** - **阶段5:处理引用队列:软引用,弱引用,虚引用处理** ## G1 Mixed GC > **Mixed GC不仅进行正常的新生代垃圾收集,同时也回收部分后台扫描线程标记的老年代分区**。 GC步骤分2步: - **全局并发标记(global concurrent marking)** - **拷贝存活对象(evacuation)** ### 全局并发标记 > **进行Mixed GC之前,会先进行global concurrent marking(全局并发标记)**。 > **在G1 GC中,它主要是为Mixed GC提供标记服务的,并不是一次GC过程的一个必须环节。global concurrent marking的执行过程分为五个步骤**: #### 初始标记(initial mark,STW) > **在此阶段,G1 GC 对根进行标记。该阶段与常规的 (STW) 年轻代垃圾回收密切相关**。 ##### 根区域扫描(root region scan) > **G1 GC 在初始标记的存活区扫描对老年代的引用(扫描CardTable和RSet),并标记被引用的对象。该阶段与应用程序(非STW)同时运行,并且只有完成该阶段后,才能开始下一次STW年轻代垃圾回收**。 #### 并发标记(Concurrent Marking) > **G1 GC 在整个堆中查找可访问的(存活的)对象。该阶段与应用程序同时运行,可以被STW年轻代垃圾回收中断。** #### 最终标记(Remark,STW) > **该阶段是 STW 回收,帮助完成标记周期。G1 GC清空SATB 缓冲区,跟踪未被访问的存活对象,并执行引用处理**。 #### 清除垃圾(Cleanup,STW) - 最后阶段,G1 GC执行统计和RSet净化的STW操作。 - **在统计期间,G1 GC会识别完全空闲的区域和可供进行混合垃圾回收的区域**。 - **清理阶段在将空白区域重置并返回到空闲列表时为部分并发**。 #### 三色标记算法 > **提到并发标记,我们不得不了解并发标记的三色标记算法。它是描述追踪式回收器的一种有用的方法,利用它可以推演回收器的正确性**。 首先,我们将对象分成三种类型的。 - 黑色:根对象,或者该对象与它的子对象都被扫描 - 灰色:对象本身被扫描,但还没扫描完该对象中的子对象 - 白色:未被扫描对象,扫描完成所有对象之后,最终为白色的为不可达对象,即垃圾对象 当GC开始扫描对象时,按照如下图步骤进行对象的扫描: 根对象被置为黑色,子对象被置为灰色。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-828ed5cde8d9f5fbb5b558034f13b563a38.png) 继续由灰色遍历,将已扫描了子对象的对象置为黑色。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-7097ebb74fcef7aba449f63bc6549ae0914.png) 遍历了所有可达的对象后,所有可达的对象都变成了黑色。不可达的对象即为白色,需要被清理。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-143da6b5ae4f966804735c33e5cf4e026c3.png) **这看起来很美好,但是如果在标记过程中,应用程序也在运行,那么对象的指针就有可能改变**。这样的话,我们就会遇到一个问题:对象丢失问题 我们看下面一种情况,当垃圾收集器扫描到下面情况时: ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-c45de64f89551b1ce07fa72e161cad3f23e.png) 这时候应用程序执行了以下操作: ```java A.c=C B.c=null ``` 这样,对象的状态图变成如下情形: ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-d940393aa697e31acec75d92ac478ba1f2d.png) 这时候垃圾收集器再标记扫描的时候就会下图成这样: ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-99ecf7603ee27751999d0076fbd39d4cba1.png) > **很显然,此时C是白色,被认为是垃圾需要清理掉,显然这是不合理的。那么我们如何保证应用程序在运行的时候,GC标记的对象不丢失呢?**有如下2中可行的方式: - 在插入的时候记录对象 - 在删除的时候记录对象 刚好这对应CMS和G1的2种不同实现方式: #### CMS采用的是增量更新(Incremental update) > **在CMS采用的是增量更新(Incremental update),只要在写屏障(write barrier)里发现要有一个白对象的引用被赋值到一个黑对象的字段里,那就把这个白对象变成灰色的。即插入的时候记录下来**。 #### SATB(snapshot-at-the-beginning)的方式 在G1中,使用的是SATB(snapshot-at-the-beginning)的方式,删除的时候记录所有的对象,它有3个步骤: 1. **在开始标记的时候生成一个快照图标记存活对象** 2. **在并发标记的时候所有被改变的对象入队(在write barrier里把所有旧的引用所指向的对象都变成非白的**) 3. **可能存在游离的垃圾,将在下次被收集** G1到现在可以知道哪些老的分区可回收垃圾最多。 当全局并发标记完成后,在某个时刻,就开始了Mix GC。这些垃圾回收被称作“混合式”是因为他们不仅仅进行正常的新生代垃圾收集,同时也回收部分后台扫描线程标记的分区。 混合式垃圾收集如下图: ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-a71fdd1708c4573594dde9a48fb778810b5.png) 混合式GC也是采用的复制的清理策略,当GC完成后,会重新释放空间。 ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-d097fc330e378960fe8846092b5b8bf038a.png) 至此,混合式GC告一段落了。下一小节我们讲进入调优实践。 ## 调优实践 ### MaxGCPauseMillis调优 前面介绍过使用GC的最基本的参数: > **-XX:+UseG1GC -Xmx32g -XX:MaxGCPauseMillis=200** 前面2个参数都好理解,后面这个**MaxGCPauseMillis**参数该怎么配置呢?这个参数从字面的意思上看,就是允许的GC最大的暂停时间。**G1尽量确保每次GC暂停的时间都在设置的MaxGCPauseMillis范围内**。 那G1是如何做到最大暂停时间的呢?这涉及到另一个概念,**CSet(collection set)**。它的意思是在一次垃圾收集器中被收集的区域集合。 - Young GC:**选定所有新生代里的region。通过控制新生代的region个数来控制young GC的开销。** - Mixed GC:**选定所有新生代里的region,外加根据global concurrent marking统计得出收集收益高的若干老年代region。在用户指定的开销目标范围内尽可能选择收益高的老年代region。** > 问题3:需要在这个限度范围内设置。但是应该设置的值是多少呢? - **我们需要在吞吐量跟MaxGCPauseMillis之间做一个平衡。如果MaxGCPauseMillis设置的过小,那么GC就会频繁,吞吐量就会下降**。 - **如果MaxGCPauseMillis设置的过大,应用程序暂停时间就会变长。G1的默认暂停时间是200毫秒**。 ### 其他调优参数 > **-XX:G1HeapRegionSize=n** **设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂,范围是 1 MB 到 32 MB 之间。目标是根据最小的 Java 堆大小划分出约 2048 个区域**。 > **-XX:ParallelGCThreads=n** **设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑处理器的数量相同,最多为 8**。 如果逻辑处理器不止八个,则将 n 的值设置为逻辑处理器数的 5/8 左右。这适用于大多数情况,除非是较大的 SPARC 系统,其中 n 的值可以是逻辑处理器数的 5/16 左右。 > **-XX:ConcGCThreads=n** > **设置并发标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads) 的 1/4 左右。** > **-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45** 设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。 避免使用以下参数: > **避免使用 -Xmn 选项或 -XX:NewRatio 等其他相关选项显式设置年轻代大小。固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标。** ## 触发Full GC > **在某些情况下,G1触发了Full GC,这时G1会退化使用Serial收集器来完成垃圾的清理工作,它仅仅使用单线程来完成GC工作,GC暂停时间将达到秒级别的**。 整个应用处于假死状态,不能处理任何请求,我们的程序当然不希望看到这些。那么发生Full GC的情况有哪些呢? ### 并发模式失败 **G1启动标记周期,但在Mix GC之前,老年代就被填满,这时候G1会放弃标记周期。这种情形下,需要增加堆大小,或者调整周期(例如增加线程数-XX:ConcGCThreads等)**。 ### 晋升失败或者疏散失败 > **G1在进行GC的时候没有足够的内存供存活对象或晋升对象使用,由此触发了Full GC。可以在日志中看到(to-space exhausted)或者(to-space overflow)**。 解决这种问题的方式是: - **增加 -XX:G1ReservePercent 选项的值(并相应增加总的堆大小),为“目标空间”增加预留内存量**。 - 通过减少 **-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent** 提前启动标记周期。 - 也可以通过增加 **-XX:ConcGCThreads **选项的值来增加并行标记线程的数目。 ### 巨型对象分配失败 > **当巨型对象找不到合适的空间进行分配时,就会启动Full GC,来释放空间。这种情况下,应该避免分配大量的巨型对象,增加内存或者增大`-XX:G1HeapRegionSize`,使巨型对象不再是巨型对象**。

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OpenAI 反诉马斯克,要求禁止其“进一步采取非法和不公平行动”

OpenAI 与埃隆·马斯克(Elon Musk)之间的对抗已经愈演愈烈。OpenAI 方面发文称,该公司已经提起了针对马斯克的反诉。 “Elon 不停地针对我们所采取的行动只是一种不怀好意的策略,目的是拖慢 OpenAI 的发展,并为了他个人的利益夺取对领先 AI 创新的控制权。今天,我们提起反诉,以阻止他。” 在日前提交的一份文件中,OpenAI 和包括首席执行官萨姆·阿尔特曼 (Sam Altman) 在内的该案其他被告的律师呼吁,禁止马斯克“采取进一步的非法和不公平行动”,并“对他已经给被告造成的损害负责”。 反诉文件中写道:“OpenAI 具有顽强的生命力。但马斯克的行为已经造成了损害。如果他的行动持续下去,将会对 OpenAI 造成更大的伤害 —— 对 OpenAI 履行其使命的管理能力、对促进这一使命所必需的关系以及对公众利益造成威胁……马斯克必须停止对 OpenAI 的持续攻击,最近的一次攻击是[一次]旨在扰乱 OpenAI 未来的虚假收购要约。” 2 月份,马斯克方面曾提出欲以 974 亿美元(当前约 7,115 亿元人民币)收购 OpenAI 的运营资产。但遭到了OpenAI 方的拒绝,Altman 公开回应称,“不用了,谢谢,但如果你愿意,我们可以以 97.4 亿美元的价格收购推特。” 对此,马斯克的律师 Marc Toberoff 则在一封电子邮件声明中表示:“如果 OpenAI 董事会认真考虑过(马斯克今年早些时候提出的收购该公司非营利组织的方案),并履行了他们的义务,他们就会明白这件事有多严重。以公平的市场价格收购OpenAI的资产,却被称为‘干扰’了他们的商业计划,这就很能说明问题。” 相关阅读: 马斯克申请禁令,阻止 OpenAI 转型为营利性公司

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创作者辣董(廖昌威)方言AI声纹建模与多模态管线:腾讯云工程化落地实践

AI 应用层的核心争议不是"能不能生成",而是"能不能在真实、具体、有约束的文化场景里用得住"。第三届「京彩台湾」两岸青年短片大赛 AI 特别单元三等奖作品《阿母欸紅龜粿》,以方言 AI 声纹建模与微距超写实多模态管线,验证了从技术 Demo 到真实文化场景落地的完整链路。本文从技术开发者视角,拆解海峡姬音声纹建模三层架构、多模态生成管线,并结合腾讯云 CVM/TKE/COS 等产品,给出可复刻的云端工程化部署方案。

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🏆「作者推荐」Java技术专题-JVM研究系列(43) 字节码指令集调用执行流程分析(语法分析篇)

文章介绍 这篇文章讲解了在Java虚拟机上Java代码是如何编译成字节码并执行的。理解在Java虚拟机中Java代码如何别被编译成字节码并执行是非常重要的,因为这可以帮助你理解你的程序在运行时发生了什么。 这种理解不仅能确保你对语言特性有逻辑上的认识而且做具体的讨论时可以理解在语言特性上的妥协和副作用。 在字节码中每条指令(或操作码)前面的数字指示了这个字节的位置。 比如一条指令如1: iconst_1仅一个字节的长度,没有操作数,所以,接下来的字节码的位置为2。 再比如这样一条指令1: bipush 5将会占两个字节,操作码bipush占一个字节,操作数5占一个字节。 那么,接下来的字节码的位置为3,因为操作数占用的字节在位置2。 Java虚拟机是基于栈的架构。当一个方法包括初始化main方法执行,在栈上就会创建一个栈帧(frame),栈帧中存放着方法中的局部变量。 变量 局部变量 局部变量数组(local veriable array)包含在方法执行期间用到的所有变量包括一个引用变量this,所有的方法参数和在方法体内定义的变量。 类方法(比如:static方法)方法参数从0开始。 实例方法,第0个slot用来存放this,所以参数需要从1开始哦!。 局部变量类型 boolean byte char long short int float double reference returnAddress 除了long和double所有的类型在本地变量数组中占用一个slot,long和double需要两个连续的slot因为这两个类型为64位类型。 当在操作数栈上创建一个新的变量来存放一个这个新变量的值。这个新变量的值随后会被存放到局部变量数组对应的位置上。 如果这个变量不是一个基本类型,对应的slot上值存放指向这个变量的引用。这个引用指向存放在堆中的一个对象。 例如 int i = 5; 被编译为字节码为 0: bipush 5(占用两个字节) 2: istore_0 bipush 将一个字节作为一个整数推送到操作数栈。在这个例子中5被推送到操作数栈。 istore_0 它是一组格式为 istore_n 操作数的其中之一,它们都是将一个整数存储到局部变量表中。 n为在局部变量表中的位置,取值只能为0,1,2,3。另一个操作码用作值大于3的情况,为istore w,它将一个操作数放到本地变量数组中合适的位置,后面会详细进行介绍!。 上面的代码在内存中执行的情况如下: 这个类文件中对应每一个方法还包含一个局部变量表(local veribale table),如果这段代码被包含在一个方法中,在类文件对应于这个方法的本地变量表中你将会得到下面的实体(entry): LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 1 1 i I 成员变量(类变量) 一个成员变量(field)被作为一个类实例(或对象)的一部分存储在堆上。关于这个成员变量的信息被定义到在类文件class字节码中field_info[] 数组中,如下: ClassFile { u4 magic; u2 minor_version; u2 major_version; u2 constant_pool_count; cp_info contant_pool[constant_pool_count – 1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; } 另外,如果这个变量被初始化,进行初始化操作的字节码将被添加到实例构造器中。 当如下的代码被编译: public class SimpleClass{ public int simpleField = 100; } 一个额外的小结将会使用javap命令来演示将成员变量添加到field_info数组中。 public int simpleField; Signature: I flags: ACC_PUBLIC 进行初始化操作的字节码被添加到构造器中,如下: public SimpleClass(); Signature: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: bipush 100 7: putfield #2 // Field simpleField:I 10: return aload_0 将本地变量数组slot中一个对象引用推送到操作数栈栈顶。 尽管,上面的代码中显示没有构造器对成员变量进行初始化,实际上,编译器会创建一个默认的构造器对成员变量进行初始化。 第一个局部变量实际上指向this。 aload_0操作码将this这个引用变量推送到操作数栈。 aload_0是一组格式为aload_的操作数中其中一员,它们的作用都是将一个对象引用推送到操作数栈。 其中n指的是被访问的本地变量数组中这个对象引用所在的位置,取值只能为0,1,2或3。 与之类似的操作码有iload_,lload_,fload_和dload_,不过这些操作码是用来加载值而不是一个对象引用,这里的i指的是int,l指的是long,f指的是float,d指的是double。 本地变量的索引大于3的可以使用iload,lload,fload,dload和aload来加载,这些操作码都需要一个单个的操作数指定要加载的本地变量的索引。 注意一点:用从1开始的局部变量Slot,参数表分配完毕后,再根据方法体内部定义的变量顺序和作用域分配其余的Slot(比如方法method(int a1,inta2),参数表为a1和a2,则局部变量表索引0、1、2则分别存储了this指针、a1、a2,如果方法内部有其他内部变量,则在局部变量表中存在a2之后的位置)。 invokespecial invokespecial指令用来调用实例方法,私有方法和当前类的父类的方法,构造方法等。 方式调用方法的操作码的一部分: invokedynamic(MethodHandle、Lamdba) invokeinterface(接口方法) invokespecial(构造器、父类方法、私有方法) invokestatic(静态方法) invokevirtual(实例方法) invokespecial指令在这段代码用来调用父类的构造器。 bipush 将一个字节作为一个整数推送到操作数栈。在这个例子中100被推送到操作数栈。 putfield 后面跟一个操作数 #2,这个操作数是运行时常量池(cp_info)中一个成员变量的引用,在这个例子中这个成员变量叫做simpleField。给这个成员变量赋值,然后包含这个成员变量的对象一起被弹出操作数栈。 前面的aload_0指令将包含这个成员变量的对象和前面的bipush指令将100分别推送到操作数栈顶。putfield随后将它们都从操作数栈顶移除(弹出)。最终结果就是在这个对象上的成员变量simpleFiled的值被更新为100。 上面的代码在内存中执行的情况如下: java_class_variable_creation_byte_code putfield操作码有一个单个的操作数指向在常量池中第二个位置。 JVM维护了一个常量池,一个类似于符号表的运行时数据结构,但是包含了更多的数据。 Java中的字节码需要数据,通常由于这种数据太大而不能直接存放在字节码中,而是放在常量池中,字节码中持有一个指向常量池中的引用。当一个类文件被创建时,其中就有一部分为常量池,如下所示: Constant pool: #1 = Methodref #4.#16 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #3.#17 // SimpleClass.simpleField:I #3 = Class #13 // SimpleClass #4 = Class #19 // java/lang/Object #5 = Utf8 simpleField #6 = Utf8 I #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 SimpleClass #14 = Utf8 SourceFile #15 = Utf8 SimpleClass.java #16 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #17 = NameAndType #5:#6 // simpleField:I #18 = Utf8 LSimpleClass; #19 = Utf8 java/lang/Object 常量(类常量) 被final修饰的变量我们称之为常量,在类文件中我们标识为ACC_FINAL。 例如: public class SimpleClass { public final int simpleField = 100; public int simpleField2 = 100; } 变量描述中多了一个ACC_FINAL参数: public static final int simpleField = 100; Signature: I flags: ACC_PUBLIC, ACC_FINAL ConstantValue: int 100 不过,构造器中的初始化操作并没有受影响: 4: aload_0 5: bipush 100 7: putfield #2 // Field simpleField2:I 静态变量 被static修饰的变量,我们称之为静态类变量,在类文件中被标识为ACC_STATIC,如下所示: public static int simpleField; Signature: I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 在实例构造器中并没有发现用来对静态变量进行初始化的字节码。静态变量的初始化是在类构造器中,使用putstatic操作码而不是putfield字节码,是类构造器的一部分。 static {}; Signature: ()V flags: ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: bipush 100 2: putstatic #2 // Field simpleField:I 5: return 条件语句 条件流控制,比如,if-else语句和switch语句,在字节码层面都是通过使用一条指令来与其它的字节码比较两个值和分支。 for循环和while循环这两条循环语句也是使用类似的方式来实现的,不同的是它们通常还包含一条goto指令,来达到循环的目的。 do-while循环不需要任何goto指令因为他们的条件分支位于字节码的尾部。更多的关于循环的细节可以查看loops section。 一些操作码可以比较两个整数或者两个引用,然后在一个单条指令中执行一个分支。其它类型之间的比较如double,long或float需要分为两步来实现。 首先,进行比较后将1,0或-1推送到操作数栈顶。接下来,基于操作数栈上值是大于,小于还是等于0执行一个分支。 首先,我们拿if-else语句为例进行讲解,其他用来进行分支跳转的不同的类型的指令将会被包含在下面的讲解之中。 if-else 下面的代码展示了一条简单的用来比较两个整数大小的if-else语句。 public int greaterThen(int intOne, int intTwo) { if (intOne > intTwo) { return 0; } else { return 1; } } 这个方法编译成如下的字节码: 0: iload_1 1: iload_2 2: if_icmple 7 5: iconst_0 6: ireturn 7: iconst_1 8: ireturn 首先,使用iload_1和iload_2将两个参数推送到操作数栈。 然后,使用if_icmple比较操作数栈栈顶的两个值。 如果intOne小于或等于intTwo,这个操作数分支变成字节码7,跳转到字节码指令行7line。 注意,在Java代码中if条件中的测试与在字节码中是完全相反的,因为在字节码中如果if条件语句中的测试成功执行,则执行else语句块中的内容,而在Java代码,如果if条件语句中的测试成功执行,则执行if语句块中的内容。 换句话说,if_icmple指令是在测试如果if条件不为true,则跳过if代码块。if代码块的主体是序号为5和6的字节码,else代码块的主体是序号为7和8的字节码。 java_if_else_byte_code 下面的代码示例展示了一个稍微复杂点的例子,需要一个两步比较: public int greaterThen(float floatOne, float floatTwo) { int result; if (floatOne > floatTwo) { result = 1; } else { result = 2; } return result; } 这个方法产生如下的字节码: 0: fload_1 1: fload_2 2: fcmpl 3: ifle 11 6: iconst_1 7: istore_3 8: goto 13 11: iconst_2 12: istore_3 13: iload_3 14: ireturn 在这个例子中,首先使用fload_1和fload_2将两个参数推送到操作数栈栈顶。这个例子与上一个例子不同在于这个需要两步比较。fcmpl首先比较floatOne和floatTwo,然后将结果推送到操作数栈栈顶。如下所示: floatOne > floatTwo -> 1 floatOne = floatTwo -> 0 floatOne < floatTwo -> -1 floatOne or floatTwo= Nan -> 1 接下来,如果fcmpl的结果是<=0,ifle用来跳转到索引为11处的字节码。 这个例子和上一个例子的不同之处还在于这个方法的尾部只有一个单个的return语句,而在if语句块的尾部还有一条goto指令用来防止else语句块被执行。 goto分支对应于序号为13处的字节码iload_3,用来将局部变量表中第三个slot中存放的结果推送扫操作数栈顶,这样就可以由return语句来返回。 java_if_else_byte_code_extra_goto 和存在进行数值比较的操作码一样,也有进行引用相等性比较的操作码比如==,与null进行比较比如 == null和 != null,测试一个对象的类型比如 instanceof。 if_cmp eq ne lt le gt ge 这组操作码用于操作数栈栈顶的两个整数并跳转到一个新的字节码处。可取的值有: eq – 等于 ne – 不等于 lt – 小于 le – 小于或等于 gt – 大于 ge – 大于或等于 if_acmp eq ne 这两个操作码用于测试两个引用相等(eq)还是不相等(ne),然后跳转到由操作数指定的新一个新的字节码处。 ifnonnull/ifnull这两个字节码用于测试两个引用是否为null或者不为null,然后跳转到由操作数指定的新一个新的字节码处。 lcmp这个操作码用于比较在操作数栈栈顶的两个整数,然后将一个值推送到操作数栈,如下所示: 如果 value1 > value2 -> 推送1 如果 value1 = value2 -> 推送0 如果 value1 < value2 -> 推送-1 fcmp l g / dcmp l g 这组操作码用于比较两个float或者double值,然后将一个值推送的操作数栈,如下所示: 如果 value1 > value2 -> 推送1 如果 value1 = value2 -> 推动0 如果value1 < value2 -> 推送-1 以l或g类型操作数结尾的差别在于它们如何处理NaN。 fcmpg和dcmpg将int值1推送到操作数栈而fcmpl和dcmpl将-1推送到操作数栈。这就确保了在测试时如果两个值中有一个为NaN(Not A Number),测试就不会成功。 比如,如果x > y(这里x和y都为doube类型),x和y中如果有一个为NaN,fcmpl指令就会将-1推送到操作数栈。 接下来的操作码总会是一个ifle指令,如果这是栈顶的值小于0,就会发生分支跳转。结果,x和y中有一个为NaN,ifle就会跳过if语句块,防止if语句块中的代码被执行到。 instanceof 如果操作数栈栈顶的对象一个类的实例,这个操作码将一个int值1推送到操作数栈。这个操作码的操作数用来通过提供常量池中的一个索引来指定类。如果这个对象为null或者不是指定类的实例则int值0就会被推送到操作数栈。 if eq ne lt le gt ge所有的这些操作码都是用来将操作数栈栈顶的值与0进行比较,然后跳转到操作数指定位置的字节码处。 如果比较成功,这些指令总是被用于更复杂的,不能用一条指令完成的条件逻辑,例如,测试一个方法调用的结果。 switch 一个Java switch表达式允许的类型可以为char,byte,short,int,Character,Byte,Short.Integer,String或者一个enum类型。为了支持switch语句。 Java虚拟机使用两个特殊的指令:tableswitch和lookupswitch,它们背后都是通过整数值来实现的。仅使用整数值并不会出现什么问题,因为char,byte,short和enum类型都可以在内部被提升为int类型。 在Java7中添加对String的支持,背后也是通过整数来实现的。tableswitch通过速度更快,但是通常占用更多的内存。 tableswitch通过列举在最小和最大的case值之间所有可能的case值来工作。最小和最大值也会被提供,所以如果switch变量不在列举的case值的范围之内,JVM就会立即跳到default语句块。在Java代码没有提供的case语句的值也会被列出,不过指向default语句块,确保在最小值和最大值之间的所有值都会被列出来。 例如,执行下面的swicth语句: public int simpleSwitch(int intOne) { switch (intOne) { case 0: return 3; case 1: return 2; case 4: return 1; default: return -1; } 这段代码产生如下的字节码: 0: iload_1 1: tableswitch { default: 42 min: 0 max: 4 0: 36 1: 38 2: 42 3: 42 4: 40 } 36: iconst_3 37: ireturn 38: iconst_2 39: ireturn 40: iconst_1 41: ireturn 42: iconst_m1 43: ireturn tableswitch指令拥有值0,1和4去匹配Java代码中提供的case语句,每一个值指向它们对应的代码块的字节码。tableswitch指令还存在值2和3,它们并没有在Java代码中作为case语句提供,它们都指向default代码块。当这些指令被执行时,在操作数栈栈顶的值会被检查看是否在最大值和最小值之间。如果值不在最小值和最大值之间,代码执行就会跳到default分支,在上面的例子中它位于序号为42的字节码处。为了确保default分支的值可以被tableswitch指令发现,所以它总是位于第一个字节处(在任何需要的对齐补白之后)。如果值位于最小值和最大值之间,就用于索引tableswitch内部,寻找合适的字节码进行分支跳转。 例如,值为,则代码执行会跳转到序号为38处的字节码。 下图展示了这个字节码是如何执行的: java_switch_tableswitch_byte_code 如果在case语句中的值”离得太远“(比如太稀疏),这种方法就会不太可取,因为它会占用太多的内存。当switch中case比较稀疏时,可以使用lookupswitch来替代tableswitch。lookupswitch会为每一个case语句例举出分支对应的字节码,但是不会列举出所有可能的值。 当执行lookupswitch时,位于操作数栈栈顶的值会同lookupswitch中的每一个值进行比较,从而决定正确的分支地址。使用lookupswitch,JVM会查找在匹配列表中查找正确的匹配,这是一个耗时的操作。而使用tableswitch,JVM可以快速定位到正确的值。 当一个选择语句被编译时,编译器必须在内存和性能二者之间做出权衡,决定选择哪一种选择语句。下面的代码,编译器会使用lookupswitch: public int simpleSwitch(int intOne) { switch (intOne) { case 10: return 1; case 20: return 2; case 30: return 3; default: return -1; } } 这段代码产生的字节码,如下: 0: iload_1 1: lookupswitch { default: 42 count: 3 10: 36 20: 38 30: 40 } 36: iconst_1 37: ireturn 38: iconst_2 39: ireturn 40: iconst_3 41: ireturn 42: iconst_m1 43: ireturn 为了更高效的搜索算法(比线性搜索更高效),lookupswitch会提供匹配值个数并对匹配值进行排序。下图显示了上述代码是如何被执行的: java_switch_lookupswitch_byte_code String switch 在Java7中,switch语句增加了对字符串类型的支持。虽然现存的实现switch语句的操作码仅支持int类型且没有新的操作码加入。字符串类型的switch语句分为两个部分完成。首先,比较操作数栈栈顶和每个case语句对应的值之间的哈希值。这一步可以通过lookupswitch或者tableswitch来完成(取决于哈希值的稀疏度)。 这也会导致一个分支对应的字节码去调用String.equals()进行一次精确地匹配。一个tableswitch指令将利用String.equlas()的结果跳转到正确的case语句的代码处。 public int simpleSwitch(String stringOne) { switch (stringOne) { case "a": return 0; case "b": return 2; case "c": return 3; default: return 4; } } 这个字符串switch语句将会产生如下的字节码: 0: aload_1 1: astore_2 2: iconst_m1 3: istore_3 4: aload_2 5: invokevirtual #2 // Method java/lang/String.hashCode:()I 8: tableswitch { default: 75 min: 97 max: 99 97: 36 98: 50 99: 64 } 36: aload_2 37: ldc #3 // String a 39: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 42: ifeq 75 45: iconst_0 46: istore_3 47: goto 75 50: aload_2 51: ldc #5 // String b 53: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 56: ifeq 75 59: iconst_1 60: istore_3 61: goto 75 64: aload_2 65: ldc #6 // String c 67: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 70: ifeq 75 73: iconst_2 74: istore_3 75: iload_3 76: tableswitch { default: 110 min: 0 max: 2 0: 104 1: 106 2: 108 } 104: iconst_0 105: ireturn 106: iconst_2 107: ireturn 108: iconst_3 109: ireturn 110: iconst_4 111: ireturn 这个类包含这段字节码,同时也包含下面由这段字节码引用的常量池值。了解更多关于常量池的知识可以查看JVM内部原理这篇文章的 运行时常量池 部分。 Constant pool: #2 = Methodref #25.#26 // java/lang/String.hashCode:()I #3 = String #27 // a #4 = Methodref #25.#28 // java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z #5 = String #29 // b #6 = String #30 // c #25 = Class #33 // java/lang/String #26 = NameAndType #34:#35 // hashCode:()I #27 = Utf8 a #28 = NameAndType #36:#37 // equals:(Ljava/lang/Object;)Z #29 = Utf8 b #30 = Utf8 c #33 = Utf8 java/lang/String #34 = Utf8 hashCode #35 = Utf8 ()I #36 = Utf8 equals #37 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)Z 注意,执行这个switch需要的字节码的数量包括两个tableswitch指令,几个invokevirtual指令去调用 String.equals()。了解更多关于invokevirtual的更多细节可以参看下篇文章方法调用的部分。下图显示了在输入“b”时代码是如何执行的: 如果不同case匹配到的哈希值相同,比如,字符串”FB”和”Ea”的哈希值都是28。这可以通过像下面这样轻微的调整equlas方法流来处理。注意,序号为34处的字节码:ifeg 42 去调用另一个String.equals() 来替换上一个不存在哈希冲突的例子中的 lookupsswitch操作码。 public int simpleSwitch(String stringOne) { switch (stringOne) { case "FB": return 0; case "Ea": return 2; default: return 4; } } 上面代码产生的字节码如下: 0: aload_1 1: astore_2 2: iconst_m1 3: istore_3 4: aload_2 5: invokevirtual #2 // Method java/lang/String.hashCode:()I 8: lookupswitch { default: 53 count: 1 2236: 28 } 28: aload_2 29: ldc #3 // String Ea 31: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 34: ifeq 42 37: iconst_1 38: istore_3 39: goto 53 42: aload_2 43: ldc #5 // String FB 45: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 48: ifeq 53 51: iconst_0 52: istore_3 53: iload_3 54: lookupswitch { default: 84 count: 2 0: 80 1: 82 } 80: iconst_0 81: ireturn 82: iconst_2 83: ireturn 84: iconst_4 85: ireturn 循环 条件流控制,比如,if-else语句和switch语句都是通过使用一条指令来比较两个值然后跳转到相应的字节码来实现的。了解更多关于条件语句的细节可以查看 conditionals section 。 循环包括for循环和while循环也是通过类似的方法来实现的除了它们通常一个goto指令来实现字节码的循环。do-while循环不需要任何goto指令,因为它们的条件分支位于字节码的末尾。 一些字节码可以比较两个整数或者两个引用,然后使用一个单个的指令执行一个分支。其他类型之间的比较如double,long或者float需要两步来完成。首先,执行比较,将1,0,或者-1 推送到操作数栈栈顶。接下来,基于操作数栈栈顶的值是大于0,小于0还是等于0执行一个分支。了解更多关于进行分支跳转的指令的细节可以 see above 。 while循环 while循环一个条件分支指令比如 if_fcmpge或 if_icmplt(如上所述)和一个goto语句。在循环过后就理解执行条件分支指令,如果条件不成立就终止循环。循环中最后一条指令是goto,用于跳转到循环代码的起始处,直到条件分支不成立,如下所示: public void whileLoop() { int i = 0; while (i < 2) { i++; } } 被编译成: 0: iconst_0 1: istore_1 2: iload_1 3: iconst_2 4: if_icmpge 13 7: iinc 1, 1 10: goto 2 13: return if_cmpge指令测试在位置1处的局部变量是否等于或者大于10,如果大于10,这个指令就跳到序号为14的字节码处完成循环。goto指令保证字节码循环直到if_icmpge条件在某个点成立,循环一旦结束,程序执行分支立即就会跳转到return指令处。iinc指令是为数不多的在操作数栈上不用加载(load)和存储(store)值可以直接更新一个局部变量的指令之一。在这个例子中,iinc将第一个局部变量的值加 1。 for循环 for循环和while循环在字节码层面使用了完全相同的模式。这并不令人惊讶因为所有的while循环都可以用一个相同的for循环来重写。上面那个简单的的while循环的例子可以用一个for循环来重写,并产生完全一样的字节码,如下所示: public void forLoop() { for(int i = 0; i < 2; i++) { } } do-while循环 do-while循环和for循环以及while循环也非常的相似,除了它们不需要将goto指令作为条件分支成为最后一条指令用于回退到循环起始处。 public void doWhileLoop() { int i = 0; do { i++; } while (i < 2); } 产生的字节码如下: 0: iconst_0 1: istore_1 2: iinc 1, 1 5: iload_1 6: iconst_2 7: if_icmplt 2 10: return

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Rocky Linux(中文名:洛基)是由Gregory Kurtzer于2020年12月发起的企业级Linux发行版,作为CentOS稳定版停止维护后与RHEL(Red Hat Enterprise Linux)完全兼容的开源替代方案,由社区拥有并管理,支持x86_64、aarch64等架构。其通过重新编译RHEL源代码提供长期稳定性,采用模块化包装和SELinux安全架构,默认包含GNOME桌面环境及XFS文件系统,支持十年生命周期更新。

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