本篇主要針對(duì)Java虛擬機(jī)的晚期編譯優(yōu)化，Java內(nèi)存模型與線(xiàn)程，線(xiàn)程安全與鎖優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)，其余部分總結(jié)請(qǐng)點(diǎn)擊Java虛擬總結(jié)上篇 ，Java虛擬機(jī)總結(jié)篇。

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一.晚期運(yùn)行期優(yōu)化

即時(shí)編譯器JIT

即時(shí)編譯器JIT的作用就是熱點(diǎn)代碼轉(zhuǎn)換為平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器碼，并進(jìn)行優(yōu)化，它并不是一個(gè)虛擬機(jī)所必須的部分，只能說(shuō)有它是錦上添花。

熱點(diǎn)代碼

熱點(diǎn)代碼分類(lèi)

• 被多次調(diào)用的方法
• 被多次調(diào)用的循環(huán)體

熱點(diǎn)探測(cè)判定方法

• 基于采樣的熱點(diǎn)探測(cè)，虛擬機(jī)周期性地檢查棧頂，發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法經(jīng)常出現(xiàn)在棧頂，那么這個(gè)方法就是熱點(diǎn)方法，簡(jiǎn)單高效但不精確
• 基于計(jì)數(shù)器熱點(diǎn)探測(cè)，為每個(gè)方法建立計(jì)數(shù)器來(lái)統(tǒng)計(jì)執(zhí)行次數(shù)，超過(guò)閾值就是熱點(diǎn)方法，Hotpot就是采用這種方法。分為方法計(jì)數(shù)器（統(tǒng)計(jì)方法），回邊計(jì)數(shù)器（統(tǒng)計(jì)循環(huán)）

編譯過(guò)程（Client Complier）

***階段

• 將字節(jié)碼構(gòu)造成高級(jí)中間代碼表示（HIR）

第二階段

• 將HIR變?yōu)長(zhǎng)IR

第三階段

• 使用線(xiàn)性?huà)呙杷惴ǎ贚IR上分配寄存器，產(chǎn)生機(jī)器代碼

優(yōu)化方法

公共子表達(dá)式優(yōu)化

當(dāng)一個(gè)表達(dá)式A的結(jié)果已經(jīng)計(jì)算過(guò)了，且A中的所有變量都沒(méi)有發(fā)生過(guò)變化，那么下一次要用到A時(shí)就不用計(jì)算了，而是直接取之前A的結(jié)果。

數(shù)組邊界檢查消除

方法內(nèi)聯(lián)

逃逸分析

逃逸的定義：一個(gè)在方法里定義的變量，作為參數(shù)傳遞給其他方法（方法逃逸），或者賦值給類(lèi)變量（線(xiàn)程逃逸）。

優(yōu)化方法：

棧上分配：不會(huì)逃逸的對(duì)象就不在堆上分配了，就在棧上分配，那么對(duì)象所占的空間就可以隨棧幀的出棧而銷(xiāo)毀，減少垃圾收集系統(tǒng)的壓力。

同步消除：如果一個(gè)變量肯定不會(huì)逃逸出線(xiàn)程，那么關(guān)于這個(gè)變量的同步措施就可以去掉。

Java 虛擬機(jī)總結(jié)給面試的你

二.Java內(nèi)存模型與線(xiàn)程

內(nèi)存模型

說(shuō)了這么多的內(nèi)存模型，到底什么是內(nèi)存模型呢？

特定的操作協(xié)議下，對(duì)特定的內(nèi)存或高速緩存進(jìn)行讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)的過(guò)程抽象。

它的作用是定義程序中各個(gè)共享的變量的訪(fǎng)問(wèn)規(guī)則，即如何將變量寫(xiě)入內(nèi)存和從內(nèi)存中取出變量。Java內(nèi)存模型有主內(nèi)存與工作內(nèi)存之分，所有變量存在主內(nèi)存中，線(xiàn)程則是擁有自己的工作內(nèi)存，它是主內(nèi)存的副本拷貝，線(xiàn)程只能讀寫(xiě)工作內(nèi)存。

8種原子操作

• lock（鎖定）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線(xiàn)程獨(dú)占的狀態(tài)。
• unlock（解鎖）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來(lái)，釋放后的變量才可以被其他線(xiàn)程鎖定。
• read（讀取）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€(xiàn)程的工作內(nèi)存中，以便隨后的 load 動(dòng)作使用。
• load（載入）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把 read 操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中。
• use（使用）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳遞給執(zhí)行引擎，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)需要使用到變量的值的字節(jié)碼指令時(shí)將會(huì)執(zhí)行這個(gè)操作。
• assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存的變量，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)給變量賦值的字節(jié)碼指令時(shí)執(zhí)行這個(gè)操作。
• store（存儲(chǔ)）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的 write 操作使用。
• write（寫(xiě)入）：作用于主內(nèi)存的變量，它把 store 操作從工作內(nèi)存中得到的變量的值放入主內(nèi)存的變量中。

volatile變量的特殊規(guī)則

volatile的特性是保證此變量對(duì)所有線(xiàn)程的可見(jiàn)性，即當(dāng)變量的值修改后，其他線(xiàn)程可以立即知道發(fā)生的變化。普通變量則是修改完值后，需要寫(xiě)回主內(nèi)存，然后其他線(xiàn)程再?gòu)闹鲀?nèi)存讀取該數(shù)據(jù)。volatile還可以通過(guò)內(nèi)存屏障來(lái)禁止指令的重排序。綜合來(lái)講它的讀操作和普通變量差不多，寫(xiě)操作慢一點(diǎn)。

long和double變量的特殊規(guī)則

8種操作一般都是原子性的，但是對(duì)于64位的數(shù)據(jù)，內(nèi)存模型允許將沒(méi)有被volatile修飾的64位數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作劃分為兩次32位的操作進(jìn)行---->非原子協(xié)定但一般我們不需要將long和double聲明為volatile。

先行發(fā)生原則

• 程序次序規(guī)則
• 管程鎖定規(guī)則
• volatile變量規(guī)則
• 線(xiàn)程啟動(dòng)規(guī)則
• 線(xiàn)程終止規(guī)則
• 線(xiàn)程中斷規(guī)則
• 對(duì)象終結(jié)規(guī)則
• 傳遞性

Java與線(xiàn)程

Java的Thread類(lèi)大多API都是Native方法，是與平臺(tái)相關(guān)的。

實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程的三種方式

• 使用內(nèi)核線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)：內(nèi)核線(xiàn)程即直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線(xiàn)程，由內(nèi)核來(lái)完成線(xiàn)程切換，程序使用輕量級(jí)進(jìn)程接口與內(nèi)核線(xiàn)程一對(duì)一的關(guān)系，內(nèi)核線(xiàn)程再經(jīng)由線(xiàn)程調(diào)度器分派給CPU。
• 使用用戶(hù)線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)：用戶(hù)線(xiàn)程的建立同步銷(xiāo)毀調(diào)度完全在用戶(hù)態(tài)中完成，不需切換到內(nèi)核態(tài)，一對(duì)多的關(guān)系。
• 用戶(hù)線(xiàn)程+輕量級(jí)進(jìn)程：多對(duì)多的關(guān)系。

線(xiàn)程的調(diào)度

協(xié)同式調(diào)度

線(xiàn)程的執(zhí)行時(shí)間由線(xiàn)程自己控制，執(zhí)行完后再主動(dòng)通知系統(tǒng)切換線(xiàn)程，可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)線(xiàn)程長(zhǎng)時(shí)間地阻塞

搶占式調(diào)度

由系統(tǒng)分配時(shí)間，線(xiàn)程可以主動(dòng)讓出時(shí)間但是不能主動(dòng)獲得時(shí)間，通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)確定順序

線(xiàn)程的狀態(tài)

• 新建：剛剛創(chuàng)建還未啟動(dòng)
• 運(yùn)行：正在執(zhí)行或者等待分配時(shí)間
• ***等待：不會(huì)被CPU分配時(shí)間，需要其他線(xiàn)程顯式喚醒
• 有限等待：在一段時(shí)間后由系統(tǒng)自動(dòng)喚醒
• 阻塞：等待一個(gè)排他鎖
• 結(jié)束

三.線(xiàn)程安全與鎖優(yōu)化

線(xiàn)程安全的程度，依次減弱

• 不可變，將對(duì)象中帶狀態(tài)的變量都置為final
• 絕對(duì)線(xiàn)程安全，完全符合線(xiàn)程安全定義
• 相對(duì)線(xiàn)程安全，對(duì)這個(gè)對(duì)象的單獨(dú)的操作是線(xiàn)程安全的，如Vector，HashTable等
• 線(xiàn)程兼容，對(duì)象本身不是線(xiàn)程安全的，但是可以在調(diào)用端正確地使用同步手段才能保證在并發(fā)環(huán)境下正常使用。
• 線(xiàn)程對(duì)立，無(wú)論調(diào)用端如何努力，都不可能實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全

線(xiàn)程安全的實(shí)現(xiàn)方法

1、互斥同步

synchronized關(guān)鍵字會(huì)在代碼塊的前后分別形成monitorenter和monitorexit指令，這兩個(gè)指令需要一個(gè)reference對(duì)象參數(shù)，該鎖有一個(gè)計(jì)數(shù)器以實(shí)現(xiàn)同步，進(jìn)入時(shí)將計(jì)數(shù)器+1，退出時(shí)-1，本線(xiàn)程可重入，其他線(xiàn)程需阻塞等待。synchronized的缺點(diǎn)是由于Java線(xiàn)程是映射到操作系統(tǒng)的，所以喚醒阻塞一個(gè)線(xiàn)程都需要系統(tǒng)幫忙，需要從用戶(hù)態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，耗費(fèi)很多處理器時(shí)間。

ReentrantLock對(duì)synchronized的優(yōu)勢(shì)：

• 等待可中斷
• 公平鎖：必須按照申請(qǐng)鎖的時(shí)間順序來(lái)一次獲得鎖
• 鎖綁定多個(gè)條件

2、非阻塞同步

為了解決線(xiàn)程阻塞和喚醒所帶來(lái)的性能問(wèn)題，先對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，如果沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)就成功了，否則就補(bǔ)償（不斷重試直到成功）

3、無(wú)同步方案

• 可重入代碼
• 線(xiàn)程本地存儲(chǔ)，把共享數(shù)據(jù)的范圍限制到線(xiàn)程內(nèi)，ThreadLocalMap以ThreadLocalHashMap為鍵,以本地線(xiàn)程變量為值的K-V對(duì)

鎖優(yōu)化

鎖優(yōu)化的方案有以下幾種：

• 自旋鎖：為了減少線(xiàn)程阻塞與喚醒的消耗，線(xiàn)程在被阻塞時(shí)可以執(zhí)行一個(gè)忙循環(huán)（自旋）
• 鎖消除：對(duì)不存在共享數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的鎖進(jìn)行消除
• 鎖粗化：在一個(gè)代碼塊內(nèi)對(duì)一個(gè)對(duì)象連續(xù)的地加鎖解鎖，就對(duì)整個(gè)代碼塊一次性加鎖減少性能損耗
• 輕量級(jí)鎖：無(wú)競(jìng)爭(zhēng)地情況下使用CAS操作去消除同步使用地互斥量
• 偏向鎖：鎖會(huì)偏向于***個(gè)獲得它地線(xiàn)程