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java代碼是如何執(zhí)行的

• java代碼是運行于java虛擬機上的，通過java虛擬機實現(xiàn)了跨平臺,，并且java虛擬機幫助程序員處理了容易出錯的事務(wù),，比如內(nèi)存管理。

• java虛擬機會解釋執(zhí)行java字節(jié)碼,，并且對于熱點代碼會采用即時編譯（Just-In-Time compilation,，，JIT）,，即將一個方法中包含的所有字節(jié)碼編譯成機器碼后再執(zhí)行,。如下圖所示：

  

  JVM如何執(zhí)行字節(jié)碼

• Java 虛擬機將運行時內(nèi)存區(qū)域劃分為五個部分，分別為方法區(qū),、堆,、PC 寄存器、Java 方法棧和本地方法棧,。如下圖所示：

  

  JVM內(nèi)存劃分

JVM如何加載類

??java引用類型分為四種：類,、接口、數(shù)組類和泛型參數(shù),。其中泛型參數(shù)會在編譯過程中被擦除,。因此 Java 虛擬機實際上只有前三種。在類,、接口和數(shù)組類中,，數(shù)組類是由 Java 虛擬機直接生成的，其他兩種則有對應(yīng)的字節(jié)流（接口,，類）,。

• 加載：指的是查找字節(jié)流，數(shù)組類由JVM生成,，所以這一過程可以省了。類加載是通過類加載器完成的,。在 Java 虛擬機中,，類的唯一性是由類加載器實例以及類的全名一同確定的。即便是同一串字節(jié)流,，經(jīng)由不同的類加載器加載,，也會得到兩個不同的類。類加載通過雙親委派模型,，先由父類加載,，父類加載不了再由子類加載。除了啟動類加載器,，類加載器都繼承自java.lang.ClassLoader,。類加載器分為：
  1：啟動類加載器：由C++編寫,，不對應(yīng)于任何對象。加載JRE/lib目錄下的JAR包和虛擬機參數(shù) -Xbootclasspath 指定的類,。
  2：擴展類加載器：父類加載器是啟動類加載器,，負責(zé)加載JRE 的 lib/ext 目錄下 jar 包中的類（以及由系統(tǒng)變量 java.ext.dirs 指定的類）。
  3：應(yīng)用類加載器：父類加載器是擴展類加載器,，它負責(zé)加載應(yīng)用程序路徑下的類,。這里的應(yīng)用程序路徑，便是指虛擬機參數(shù) -cp/-classpath,、系統(tǒng)變量 java.class.path 或環(huán)境變量 CLASSPATH 所指定的路徑,。
• 鏈接：是指將類合并至JVM中，使之能夠執(zhí)行的過程,。分為驗證,，準(zhǔn)備，解析,。
  1：驗證階段：主要是保證加載的類滿足JVM的約束,，也是為了保證JVM的安全性。
  2：準(zhǔn)備階段：為被加載類的靜態(tài)字段分配內(nèi)存,。只是分配內(nèi)存,，具體的初使化，則在初使化階段,。在這個階段也會構(gòu)造類的方法表,。
  3：解析階段(非必須)：在 class 文件被加載至 Java 虛擬機之前，這個類無法知道其他類及其方法,、字段所對應(yīng)的具體地址,，甚至不知道自己方法、字段的地址,。因此,，每當(dāng)需要引用這些成員時，Java 編譯器會生成一個符號引用,。在運行階段,，這個符號引用一般都能夠無歧義地定位到具體目標(biāo)上。解析階段的目的,，正是將這些符號引用解析成為實際引用,。如果符號引用指向一個未被加載的類，或者未被加載類的字段或方法,，那么解析將觸發(fā)這個類的加載（但未必觸發(fā)這個類的鏈接以及初始化,。）
• 初使化：初使化靜態(tài)變量（由static修飾的變量）并執(zhí)行static代碼塊。所有的static代碼塊會放到同一方法中,，并命名為,，這個方法會由JVM加鎖保證同步,。類的初使化時機：
  1：當(dāng)虛擬機啟動時，初始化用戶指定的主類,；
  2：當(dāng)遇到用以新建目標(biāo)類實例的 new 指令時,，初始化 new 指令的目標(biāo)類；
  3：當(dāng)遇到調(diào)用靜態(tài)方法的指令時,，初始化該靜態(tài)方法所在的類,；
  4：當(dāng)遇到訪問靜態(tài)字段的指令時，初始化該靜態(tài)字段所在的類,；
  5：子類的初始化會觸發(fā)父類的初始化,；
  6：如果一個接口定義了 default 方法，那么直接實現(xiàn)或者間接實現(xiàn)該接口的類的初始化,，會觸發(fā)該接口的初始化,；
  7：使用反射 API 對某個類進行反射調(diào)用時，初始化這個類,；
  8：當(dāng)初次調(diào)用 MethodHandle 實例時,，初始化該 MethodHandle 指向的方法所在的類。

JVM如何執(zhí)行方法調(diào)用

??Java 虛擬機識別方法的關(guān)鍵在于類名,、方法名,、方法的參數(shù)類型以及返回類型。在同一個類中,，如果同時出現(xiàn)多個名字相同且描述符也相同的方法,，那么 Java 虛擬機會在類的驗證階段報錯。
??Java 虛擬機與 Java 語言不同,，它并不限制名字與參數(shù)類型相同,，但返回類型不同的方法出現(xiàn)在同一個類中，對于調(diào)用這些方法的字節(jié)碼來說,，由于字節(jié)碼所附帶的方法描述符包含了返回類型,，因此 Java 虛擬機能夠準(zhǔn)確地識別目標(biāo)方法。
??Java 虛擬機中關(guān)于方法重寫的判定同樣基于方法描述符,。也就是說,，如果子類定義了與父類中非私有、非靜態(tài)方法同名的方法,，那么只有當(dāng)這兩個方法的參數(shù)類型以及返回類型一致，Java 虛擬機才會判定為重寫,。對于 Java 語言中重寫而 Java 虛擬機中非重寫的情況,，編譯器會通過生成橋接方法來實現(xiàn) Java 中的重寫語義。
??Java 虛擬機中的靜態(tài)綁定指的是在解析時便能夠直接識別目標(biāo)方法的情況,，而動態(tài)綁定則指的是需要在運行過程中根據(jù)調(diào)用者的動態(tài)類型來識別目標(biāo)方法的情況,。
??Java 字節(jié)碼中與調(diào)用相關(guān)的指令共有五種：
1：invokestatic：用于調(diào)用靜態(tài)方法,，編譯期就可以確定調(diào)用的方法。
2：invokespecial：用于調(diào)用私有實例方法,、構(gòu)造器,，以及使用 super 關(guān)鍵字調(diào)用父類的實例方法或構(gòu)造器，和所實現(xiàn)接口的默認方法,。編譯期就可以確定調(diào)用的方法,。
3：invokevirtual：用于調(diào)用非私有實例方法，需要在運行期確定需要調(diào)用的方法,。
4：invokeinterface：用于調(diào)用接口方法,，需要在運行期確定需要調(diào)用的方法。
5：invokedynamic：用于調(diào)用動態(tài)方法,。
??在編譯過程中,，我們并不知道目標(biāo)方法的具體內(nèi)存地址。因此,，Java 編譯器會暫時用符號引用來表示該目標(biāo)方法,。這一符號引用包括目標(biāo)方法所在的類或接口的名字，以及目標(biāo)方法的方法名和方法描述符,。符號引用存儲在 class 文件的常量池之中,。根據(jù)目標(biāo)方法是否為接口方法，這些引用可分為接口符號引用和非接口符號引用,。如果虛方法(invokevirtual)調(diào)用指向一個標(biāo)記為 final 的方法,，那么Java虛擬機也可以靜態(tài)綁定該虛方法調(diào)用的目標(biāo)方法。
??Java 虛擬機中采取了一種用空間換取時間的策略來實現(xiàn)動態(tài)綁定,。它為每個類生成一張方法表（類加載的鏈接階段實現(xiàn)）,，用以快速定位目標(biāo)方法。方法表分為虛方法表（invokevirtual調(diào)用）與接口方法表（invokeinterface）調(diào)用,。方法表本質(zhì)上是一個數(shù)組,，每個數(shù)組元素指向一個當(dāng)前類及其祖先類中非私有的實例方法。方法表滿足兩個特質(zhì)：

• 子類方法表中包含父類方法表中的所有方法,；
• 子類方法在方法表中的索引值,，與它所重寫的父類方法的索引值相同。

??方法調(diào)用指令中的符號引用會在執(zhí)行之前解析成實際引用,。對于靜態(tài)綁定的方法調(diào)用而言,，實際引用將指向具體的目標(biāo)方法。對于動態(tài)綁定的方法調(diào)用而言,，實際引用則是方法表的索引值（實際上并不僅是索引值）,。在執(zhí)行過程中，Java 虛擬機將獲取調(diào)用者的實際類型，并在該實際類型的虛方法表中,，根據(jù)索引值獲得目標(biāo)方法,。這個過程便是動態(tài)綁定。Java 虛擬機中的即時編譯器會使用內(nèi)聯(lián)緩存來加速動態(tài)綁定,。Java 虛擬機所采用的單態(tài)內(nèi)聯(lián)緩存將紀(jì)錄調(diào)用者的動態(tài)類型,，以及它所對應(yīng)的目標(biāo)方法。當(dāng)碰到新的調(diào)用者時,，如果其動態(tài)類型與緩存中的類型匹配,，則直接調(diào)用緩存的目標(biāo)方法。否則,，Java 虛擬機將該內(nèi)聯(lián)緩存劣化為超多態(tài)內(nèi)聯(lián)緩存,，在今后的執(zhí)行過程中直接使用方法表進行動態(tài)綁定。

JVM異常處理

??拋出異?？煞譃轱@式和隱式兩種,。顯式拋異常的主體是應(yīng)用程序，它指的是在程序中使用“throw”關(guān)鍵字,，手動將異常實例拋出,。隱式拋異常的主體則是Java 虛擬機，它指的是 Java 虛擬機在執(zhí)行過程中,，碰到無法繼續(xù)執(zhí)行的異常狀態(tài),，自動拋出異常。
??異常實例的構(gòu)造十分昂貴,。這是由于在構(gòu)造異常實例時,，Java 虛擬機需要生成該異常的棧軌跡（stack trace）。該操作會逐一訪問當(dāng)前線程的 Java 棧幀,，并且記錄下各種調(diào)試信息,，包括棧幀所指向方法的名字，方法所在的類名,、文件名,，以及在代碼中的第幾行觸發(fā)該異常。
??在編譯生成的字節(jié)碼中,，每個方法都附帶一個異常表,。異常表中的每一個條目代表一個異常處理器，并且由 from 指針,、to 指針,、target 指針以及所捕獲的異常類型構(gòu)成。這些指針的值是字節(jié)碼索引（bytecode index,，bci）,，用以定位字節(jié)碼。
??當(dāng)程序觸發(fā)異常時，Java 虛擬機會從上至下遍歷異常表中的所有條目,。當(dāng)觸發(fā)異常的字節(jié)碼的索引值在某個異常表條目的監(jiān)控范圍內(nèi)，Java 虛擬機會判斷所拋出的異常和該條目想要捕獲的異常是否匹配,。如果匹配,，Java 虛擬機會將控制流轉(zhuǎn)移至該條目 target 指針指向的字節(jié)碼。如果遍歷完所有異常表條目,，Java 虛擬機仍未匹配到異常處理器,，那么它會彈出當(dāng)前方法對應(yīng)的 Java 棧幀，并且在調(diào)用者（caller）中重復(fù)上述操作,。在最壞情況下,，Java 虛擬機需要遍歷當(dāng)前線程 Java 棧上所有方法的異常表。
??finally 代碼塊的編譯比較復(fù)雜,。當(dāng)前版本 Java 編譯器的做法,，是復(fù)制 finally 代碼塊的內(nèi)容，分別放在 try-catch 代碼塊所有正常執(zhí)行路徑以及異常執(zhí)行路徑的出口中,。

finally字節(jié)碼

對象的內(nèi)存布局

??通過 new 指令新建出來的對象（分存在堆中）,，它的內(nèi)存其實涵蓋了所有父類中的實例字段。也就是說,，雖然子類無法訪問父類的私有實例字段,，或者子類的實例字段隱藏了父類的同名實例字段，但是子類的實例還是會為這些父類實例字段分配內(nèi)存的,。
??在 Java 虛擬機中,，每個 Java 對象都有一個對象頭（object header），這個由標(biāo)記字段（Mark Word）和類型指針?biāo)鶚?gòu)成,。其中,，標(biāo)記字段用以存儲 Java 虛擬機有關(guān)該對象的運行數(shù)據(jù)，如哈希碼,、GC 信息以及鎖信息,，而類型指針則指向該對象的類。
??在 64 位的 Java 虛擬機中,，對象頭的標(biāo)記字段占 64 位,，而類型指針又占了 64 位。也就是說,，每一個 Java 對象在內(nèi)存中的額外開銷就是 16 個字節(jié),。為了盡量較少對象的內(nèi)存使用量，64 位 Java 虛擬機引入了壓縮指針 的概念（對應(yīng)虛擬機選項 -XX:+UseCompressedOops,，默認開啟）,，將堆中原本 64 位的 Java 對象類型指針壓縮成 32 位，這樣對象頭就只占用 12位（原來占用16位）。
??默認情況下,，Java 虛擬機堆中對象的起始地址需要對齊至 8 的倍數(shù),。如果一個對象用不到 8N 個字節(jié)，那么空白的那部分空間就浪費掉了,。這些浪費掉的空間我們稱之為對象間的填充（padding）,。
&essp;?內(nèi)存對齊不僅存在于對象與對象之間，也存在于對象中的字段之間,。比如說,，Java 虛擬機要求 long 字段、double 字段,，以及非壓縮指針狀態(tài)下的引用字段地址為 8 的倍數(shù),。
??在默認情況下，Java 虛擬機中的32 位壓縮指針可以尋址到 2 的 35 次方個字節(jié),，也就是 32GB 的地址空間（超過 32GB 則會關(guān)閉壓縮指針）,。
具體的內(nèi)存布局可以參考：https://www.jianshu.com/p/3d38cba67f8b

JVM垃圾回收

??目前 Java 虛擬機的主流垃圾回收器采取的是可達性分析算法。這個算法的實質(zhì)在于將一系列 GC Roots 作為初始的存活對象合集（live set）,，然后從該合集出發(fā),，探索所有能夠被該集合引用到的對象，并將其加入到該集合中,，這個過程我們也稱之為標(biāo)記（mark）,。最終，未被探索到的對象便是死亡的,，是可以回收的,。GC Roots 包括（但不限于）如下幾種：
1：Java 方法棧楨中的局部變量；
2：已加載類的靜態(tài)變量,；
3：JNI handles,；
4：已啟動且未停止的 Java 線程。
??Java 虛擬機中的 Stop-the-world 是通過安全點（safepoint）機制來實現(xiàn)的,。當(dāng) Java 虛擬機收到 Stop-the-world 請求,，它便會等待所有的線程都到達安全點，才允許請求 Stop-the-world 的線程進行獨占的工作,。安全點的初始目的并不是讓其他線程停下,，而是找到一個穩(wěn)定的執(zhí)行狀態(tài)。在這個執(zhí)行狀態(tài)下,，Java 虛擬機的堆棧不會發(fā)生變化,。這么一來，垃圾回收器便能夠“安全”地執(zhí)行可達性分析,。
??回收死亡對象的內(nèi)存共有三種方式,，分別為：會造成內(nèi)存碎片的清除,、性能開銷較大的壓縮、以及堆使用效率較低的復(fù)制,。
??Java 虛擬機將堆劃分為新生代和老年代,。其中，新生代又被劃分為 Eden 區(qū),，以及兩個大小相同的 Survivor 區(qū),。如下圖所示：

堆內(nèi)存劃分

JVM如下區(qū)域會發(fā)生OutOfMemoryError

• 堆內(nèi)存不足是最常見的 OOM 原因之一，拋出的錯誤信息是“java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space”,。
• 而對于 Java 虛擬機棧和本地方法棧,，如果我們寫一段程序不斷的進行遞歸調(diào)用，而且沒有退出條件,，就會導(dǎo)致不斷地進行壓棧,。類似這種情況，JVM 實際會拋出 StackOverFlowError,。
• 對于老版本的 Oracle JDK,，因為永久代的大小是有限的，并且 JVM 對永久代垃圾回收（如,，常量池回收,、卸載不再需要的類型）非常不積極，所以當(dāng)我們不斷添加新類型的時候,，永久代出現(xiàn) OutOfMemoryError 也非常多見,，尤其是在運行時存在大量動態(tài)類型生成的場合,；類似 Intern 字符串緩存占用太多空間，也會導(dǎo)致 OOM 問題,。對應(yīng)的異常信息,，會標(biāo)記出來和永久代相關(guān)：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”。
• 隨著元數(shù)據(jù)區(qū)的引入,，方法區(qū)內(nèi)存已經(jīng)不再那么窘迫,，所以相應(yīng)的 OOM 有所改觀，出現(xiàn) OOM,，異常信息則變成了：“java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace”,。
• 程序計數(shù)器是唯一一塊不會拋出內(nèi)存OutOfMemoryError 的區(qū)域，程序計數(shù)器會存儲當(dāng)前線程正在執(zhí)行的 Java 方法的 JVM 指令地址,；或者,，如果是在執(zhí)行本地方法，則是未指定值（undefined）,。

Java內(nèi)存模型

??即時編譯器（和處理器）需要保證程序能夠遵守 as-if-serial 屬性,。通俗地說，就是在單線程情況下,，要給程序一個順序執(zhí)行的假象,。即經(jīng)過重排序的執(zhí)行結(jié)果要與順序執(zhí)行的結(jié)果保持一致。但這在多線程執(zhí)行的情況下,，就有可能出現(xiàn)意想不到的結(jié)果,。
??Java 內(nèi)存模型通過定義了一系列的 happens-before 操作，讓應(yīng)用程序開發(fā)者能夠輕易地表達不同線程的操作之間的內(nèi)存可見性,。
Java 內(nèi)存模型還定義了下述線程間的 happens-before 關(guān)系,。
1：解鎖操作 happens-before 之后（這里指時鐘順序先后）對同一把鎖的加鎖操作。
2：volatile 字段的寫操作 happens-before 之后（這里指時鐘順序先后）對同一字段的讀操作,。
3：線程的啟動操作（即 Thread.starts()） happens-before 該線程的第一個操作,。
4：線程的最后一個操作 happens-before 它的終止事件（即其他線程通過 Thread.isAlive() 或 Thread.join() 判斷該線程是否中止）。
5：線程對其他線程的中斷操作 happens-before 被中斷線程所收到的中斷事件（即被中斷線程的 InterruptedException 異常,，或者第三個線程針對被中斷線程的 Thread.interrupted 或者 Thread.isInterrupted 調(diào)用）,。
6：構(gòu)造器中的最后一個操作 happens-before 析構(gòu)器的第一個操作。
??在遵守 Java 內(nèi)存模型的前提下,，即時編譯器以及底層體系架構(gòu)能夠調(diào)整內(nèi)存訪問操作,，以達到性能優(yōu)化的效果。如果開發(fā)者沒有正確地利用 happens-before 規(guī)則,，那么將可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)競爭,。
??Java 內(nèi)存模型是通過內(nèi)存屏障來禁止重排序的。對于即時編譯器來說,，內(nèi)存屏障將限制它所能做的重排序優(yōu)化,。對于處理器來說,，內(nèi)存屏障會導(dǎo)致緩存的刷新操作。

Java基本類型

基本類型如下圖：

java基本類型

• 在 Java 虛擬機規(guī)范中，boolean 類型被映射成 int 類型,。具體來說,，“true”被映射為整數(shù) 1，而“false”被映射為整數(shù) 0,。Java 代碼中的邏輯運算以及條件跳轉(zhuǎn),，都是用整數(shù)相關(guān)的字節(jié)碼來實現(xiàn)的。
• Java 的浮點類型采用 IEEE 754 浮點數(shù)格式,。
• 除 long 和 double 外,，其他基本類型與引用類型在解釋執(zhí)行的方法棧幀中占用的大小是一致的（32位JVM占4個字節(jié)，64位JVM占8個字節(jié)）,，但它們在堆中占用的大小的確不同,。在將 boolean、byte、char 以及 short 的值存入字段或者數(shù)組（存放堆數(shù)據(jù)時）單元時,，Java 虛擬機會進行掩碼操作。在讀取時,，Java 虛擬機則會將其擴展為 int 類型boolean與char因為沒符號,，高位直接以零填充，byte和short因為有符號,，以符號位填充,。
• boolean 字段和 boolean 數(shù)組比較特殊。在 HotSpot 中,，boolean 字段占用一字節(jié),，而 boolean 數(shù)組則直接用 byte 數(shù)組來實現(xiàn)。為了保證堆中的 boolean 值是合法的,，HotSpot 在存儲時顯式地進行掩碼操作,，也就是說，只取最后一位的值存入 boolean 字段或數(shù)組中,。

JVM實現(xiàn)反射

??在默認情況下,，方法的反射調(diào)用為委派實現(xiàn)，委派給本地實現(xiàn)來進行方法調(diào)用,。在調(diào)用超過 15 次之后(可以通過 -Dsun.reflect.inflationThreshold= 來調(diào)整),，委派實現(xiàn)便會將委派對象切換至動態(tài)實現(xiàn)。這個動態(tài)實現(xiàn)的字節(jié)碼是自動生成的,，它將直接使用 invoke 指令來調(diào)用目標(biāo)方法,。動態(tài)實現(xiàn)和本地實現(xiàn)相比,，其運行效率要快上 20 倍 。這是因為動態(tài)實現(xiàn)無需經(jīng)過 Java 到 C++ 再到 Java 的切換,，但由于生成字節(jié)碼十分耗時,，僅調(diào)用一次的話，反而是本地實現(xiàn)要快上 3 到 4 倍,。反射調(diào)用的 Inflation 機制是可以通過參數(shù)（-Dsun.reflect.noInflation=true）來關(guān)閉的,。這樣一來，在反射調(diào)用一開始便會直接生成動態(tài)實現(xiàn),，而不會使用委派實現(xiàn)或者本地實現(xiàn),。
??方法的反射調(diào)用會帶來不少性能開銷，原因主要有三個：變長參數(shù)方法導(dǎo)致的 Object 數(shù)組,，基本類型的自動裝箱,、拆箱，還有最重要的方法內(nèi)聯(lián),。

JVM實現(xiàn)synchronized

??當(dāng)聲明 synchronized 代碼塊時,，編譯而成的字節(jié)碼將包含 monitorenter 和 monitorexit 指令。這兩種指令均會消耗操作數(shù)棧上的一個引用類型的元素（也就是 synchronized 關(guān)鍵字括號里的引用）,，作為所要加鎖解鎖的鎖對象,。
??關(guān)于 monitorenter 和 monitorexit 的作用，我們可以抽象地理解為每個鎖對象擁有一個鎖計數(shù)器和一個指向持有該鎖的線程的指針,。當(dāng)執(zhí)行 monitorenter 時,，如果目標(biāo)鎖對象的計數(shù)器為 0，那么說明它沒有被其他線程所持有,。在這個情況下,，Java 虛擬機會將該鎖對象的持有線程設(shè)置為當(dāng)前線程，并且將其計數(shù)器加 1,。在目標(biāo)鎖對象的計數(shù)器不為 0 的情況下,，如果鎖對象的持有線程是當(dāng)前線程，那么 Java 虛擬機可以將其計數(shù)器加 1,，否則需要等待,，直至持有線程釋放該鎖。當(dāng)執(zhí)行 monitorexit 時,，Java 虛擬機則需將鎖對象的計數(shù)器減 1,。當(dāng)計數(shù)器減為 0 時，那便代表該鎖已經(jīng)被釋放掉了,。HotSpot 虛擬機中具體的鎖實現(xiàn)分為：

• 重量級鎖： Java 虛擬機中最為基礎(chǔ)的鎖實現(xiàn),。在這種狀態(tài)下，Java 虛擬機會阻塞加鎖失敗的線程,，并且在目標(biāo)鎖被釋放的時候,，喚醒這些線程,。Java 線程的阻塞以及喚醒，都是依靠操作系統(tǒng)來完成的開銷非常大,。為了盡量避免昂貴的線程阻塞,、喚醒操作，Java 虛擬機會在線程進入阻塞狀態(tài)之前,，以及被喚醒后競爭不到鎖的情況下,，進入自旋狀態(tài)，在處理器上空跑并且輪詢鎖是否被釋放,。如果此時鎖恰好被釋放了,，那么當(dāng)前線程便無須進入阻塞狀態(tài)，而是直接獲得這把鎖,。
• 輕量級鎖：對象頭中的標(biāo)記字段（mark word）,。它的最后兩位便被用來表示該對象的鎖狀態(tài)。其中,，00 代表輕量級鎖,，01 代表無鎖（或偏向鎖），10 代表重量級鎖,，11 則跟垃圾回收算法的標(biāo)記有關(guān),。當(dāng)進行加鎖操作時，Java 虛擬機會判斷是否已經(jīng)是重量級鎖,。如果不是，它會在當(dāng)前線程的當(dāng)前棧楨中劃出一塊空間,，作為該鎖的鎖記錄,，并且將鎖對象的標(biāo)記字段復(fù)制到該鎖記錄中。然后,，Java 虛擬機會嘗試用 CAS（compare-and-swap）操作將鎖對象的標(biāo)記字段替換為一個指針,，指向當(dāng)前線程棧上的一塊空間，存儲著鎖對象原本的標(biāo)記字段,。
• 偏向鎖：在線程進行加鎖時,，如果該鎖對象支持偏向鎖，那么 Java 虛擬機會通過 CAS 操作,，將當(dāng)前線程的地址記錄在鎖對象的標(biāo)記字段之中,，并且將標(biāo)記字段的最后三位設(shè)置為 101。

編譯器橋接方法

??對于 Java 語言中重寫而 Java 虛擬機中非重寫的情況,，編譯器會通過生成橋接方法來實現(xiàn) Java 中的重寫語義,。下機的圖可以通過字節(jié)碼看出是如何實現(xiàn)的：

java class 實現(xiàn)橋接方法

方法內(nèi)聯(lián)

方法內(nèi)聯(lián)是指：在編譯過程中遇到方法調(diào)用時，將目標(biāo)方法的方法體納入編譯范圍之中,，并取代原方法調(diào)用的優(yōu)化手段,。以 getter/setter 為例,，如果沒有方法內(nèi)聯(lián)，在調(diào)用 getter/setter 時,，程序需要保存當(dāng)前方法的執(zhí)行位置,，創(chuàng)建并壓入用于 getter/setter 的棧幀、訪問字段,、彈出棧幀,，最后再恢復(fù)當(dāng)前方法的執(zhí)行。而當(dāng)內(nèi)聯(lián)了對 getter/setter 的方法調(diào)用后,，上述操作僅剩字段訪問,。

即時編譯

??通常而言，代碼會先被 Java 虛擬機解釋執(zhí)行,，之后反復(fù)執(zhí)行的熱點代碼則會被即時編譯成為機器碼,，直接運行在底層硬件之上。即時編譯器有C1,C2,Grral,。

• C1：通過-client指定,，通常運用于執(zhí)行時間較短，對啟動性能有要求的程序,。
• C2：通過-server指定,，對峰值性能有要求的程序，C2比C1的執(zhí)行效率更快,，但是編譯時間更久,。
• Grral是一個實驗性質(zhì)的編譯器，通過參數(shù) -XX:+UnlockExperimentalVMOptions 啟用,。
• Java 7 引入了分層編譯（對應(yīng)參數(shù) -XX:+TieredCompilation）的概念,，綜合了 C1 的啟動性能優(yōu)勢和 C2 的峰值性能優(yōu)勢。從 Java 8 開始,，Java 虛擬機默認采用分層編譯的方式,。它將執(zhí)行分為五個層次，
  1：0 層解釋執(zhí)行（也會收集程序的profiling）,；
  2：1 層執(zhí)行沒有 profiling 的 C1 代碼,；
  3：2 層執(zhí)行部分 profiling 的 C1 代碼；
  4：3 層執(zhí)行全部 profiling 的 C1 代碼,；
  5： 4 層執(zhí)行 C2 代碼,。
  其中profiling為運行時的程序的執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，比如循環(huán)調(diào)用的次數(shù),，方法調(diào)用的次數(shù),分支跳轉(zhuǎn)次數(shù),，類型轉(zhuǎn)換次數(shù)等。
• 即時編譯是由方法調(diào)用計數(shù)器和循環(huán)回邊計數(shù)器觸發(fā)的。在使用分層編譯的情況下,，觸發(fā)編譯的閾值是根據(jù)當(dāng)前待編譯的方法數(shù)目動態(tài)調(diào)整的,。
• 基于分支 profile 的優(yōu)化以及基于類型 profile 的優(yōu)化都將對程序今后的執(zhí)行作出假設(shè)。這些假設(shè)將精簡所要編譯的代碼的控制流以及數(shù)據(jù)流,。在假設(shè)失敗的情況下,，Java 虛擬機將采取去優(yōu)化（從執(zhí)行即時編譯生成的機器碼切換回解釋執(zhí)行），退回至解釋執(zhí)行并重新收集相關(guān)的 profile,。

逃逸分析

??逃逸分析將判斷新建的對象是否逃逸,。即時編譯器判斷對象是否逃逸的依據(jù)，一是對象是否被存入堆中（靜態(tài)字段或者堆中對象的實例字段）,，二是對象是否被傳入未知代碼中,。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個對象只在某個方法里，或者這個方法的內(nèi)聯(lián)方法里,，則可以認為這個對象是逃逸的,。主要的優(yōu)化有：1：鎖消除，對逃逸的對象加鎖是沒有意義的,。2：采用標(biāo)量替換的技術(shù)將需要分配在堆上的對象直接在棧上采用變量的方式進行替換,。