[[428766]]

最近的業余時間基本都在寫一個簡單的RPC框架(附帶詳解以及知識點講解那種，爭取新手都能看懂)，所以原創文耽擱了一些，不過也可以讓你們緩沖一下，前今天發了一些不錯的原創技術文章。加油!奧利給!❞

小強是一個工作3年有余的開發工程師，從他的發量你就可以知道，小強資歷還尚淺。

 

程序員驚人發量

最近公司沒什么事，他也開始無聊起來了。這天下午，同事們在激烈的討論這業務，但他沒有參與，于是他決定學習些什么知識，無聊的翻著各個網頁，發現JVM是各位大神們推薦過的知識，于是決定好好看一看。

5分鐘過后……

小強感到這知識有些枯燥乏味，怪不得是大神們能看的!又看了幾分鐘，小強倦意襲來，揉了揉睡眼惺忪的眼睛。

然而就在這一刻，他突然發現周圍同事激烈討論的聲音聽不到了，安靜到了極致。

1. 入界

小強努力的睜開眼睛，才發現自己竟然身處一個白茫茫的空間中，嚇得一跳，心想我這是怎么了，穿越了?但穿越也得穿越到一個人間如畫，美女如云的地方啊……，這境地……

突然前方走來一個白胡子老頭，小強正想開口，老頭捷足先登：你好，我是這個JVM世界的締造者，你可以叫我 “HotSpot”，不過這無所謂，因為我所創造的這個世界，是按照 “JVM規范” 來完成的。我正在休息時，發現來了一位客人，原來是你。

小強：我是想問……

老頭：不用問，我知道，你是想了解一下我創造的這個世界吧!跟我來吧。

這老頭，我還沒說話，這就結束了!好吧，跟你看看且說。

老頭邊走邊道：JVM 的世界 空間是有限的，我們堅持一個原則 : 各司其職，不留無用之人!

小強：啊!好殘酷。

老頭：不，這不是殘酷，我們這個世界生來就是為客戶提供服務，為客戶發光發熱的，每個人奉獻出了自己的能力就是圓滿完成任務，退出舞臺是理所應當的，也是他們最好的歸宿。

小強：也是，這樣這個世界才不會那么擁擠，大家才能井然有序的工作，我怎么這么不開竅呢……

2. 布局

老頭前面停了下來：過來，帶你先看看我們世界的整體組成和中心區如何布局。

 

 

整體布局圖

先來看看我們最主要的日常工作區(運行時數據區)，為了讓我們工作起來更有效率，我們將世界空間劃分為這幾個板塊。

「居住區-堆」

這里是人們工作外的居住區，居住區我們基于人們的年齡也進一步分出了，伊甸區，幸存者區，老年區。

 

 

居住區

「工作區-棧」

每個任務來臨時，都會在工作區單獨開辟出一個地方來用于完成這個任務。

 

 

棧幀圖

「記錄者-程序計數器」

由于我們同時能做的任務有限，所以我們需要為不同的任務劃分出不同的時間片，我們在切換任務的時候，需要一個記錄者，能夠記錄我們這個任務做到了哪里，下次回來能夠繼續做。

「倉庫管理區-方法區」

這里存放著工人的模板以及常用的不變的工具等。

3. 生與死

這里工作的人們都會經歷生與死，大部分人們活不到老年，但這不重要，重要的是他為我們做出了貢獻。

3.1 出生

老頭：這里的每個人都有一個模板(類)，看到那個正在居住區休息的高個嗎?他叫張三，他是根據外部客戶給定的模板 “ User Class” 創造的，他可是客戶最喜愛的工人了。你知道客戶的這些模板(類)是如何進入的到我們的世界中的嗎?

小強：這個我知道點，之前看過一點點。這個過程還是有些復雜的，客戶的模板(類)是通過一個翻譯工廠(編譯器) 將它翻譯成class 字節碼，因為你們這個世界只認識字節碼，然后有你們的加載系統將它們加載到這里。

加載過程中有這些階段：

 

 

類加載過程

其中加載階段是由加載器來完成的。

老頭：是的，我們提供了三種加載器，啟動類加載器，擴展類加載器，應用類加載器，當然客戶也可以自定義加載器。

 

 

雙親委派模型

小強：他們遵循著雙親委派模型，但是我一直不太理解這個詞!

老頭：這是由于你們語言翻譯的問題導致，這個模式叫 “parents delegation”，知道了吧!它是指有你的父輩們來幫你完成。

小強：那雙親委派模式 有什么好處呢?

老頭：

具有優先級層次的關系可以避免模板(類)的重復加載

安全考慮可以防止Java核心api被替換

老頭繼續道：那連接過程中的三步，你知道是做什么嗎?

小強：具體的我就不知道了哎……

老頭笑了笑：對于客戶定義的模板(類)，我們可不是來者不拒的，為了我們這個世界的安全以及能提供更好的服務，我們會對模板做一些驗證及后續操作。

驗證包括格式驗證，元數據驗證，字節碼驗證，符號驗證。當驗證通過后，我們會為模板所依賴的東西(類變量)分配空間，最后將符號引用替換為直接引用。

老頭看了看小強眉頭緊皺，于是繼續補充：你可能不了解什么是符號引用和直接引用!

符號引用就是在編譯時，并不知道模板(類)所依賴的其他東西，會在我們的空間中的哪個位置，只能用符號來表示。

直接引用就是 所有東西被加載到這里后會有自己的真實空間地址，然后去替換符號引用。這樣運行時就能找到它們所依賴的東西了。

最后就是初始化了，這個階段主要是對類變量初始化，是執行類構造器的過程。

小強：我怎么沒看到這些模板呢?

老頭：這些模板我把他們隱藏在世界的后方，大多數人是見不到的，他們統稱為 Klass。

小強：不對啊!你是不是搞錯了?不應該叫 Class嗎?

老頭：哈哈!我剛才說了，大多數人見不到，你就是其中之一啊!你們平時見到的 Class只是對 Klass的一種封裝而已，真正記錄模板中的具體元信息的就是 Klass。這回要記住了，年輕人。

3.2 工人

小強：為什么你的工人是等量差的身高呢?

 

[[428770]]

 

對象長度

老頭：你的觀察還是挺仔細的嘛!是的，他們確實是等量差的，想要知道為什么，要先了解這些工人有哪些部分組成。

 

 

對象的組成

它們頭部大小是固定的，身體大小是由自己的屬性數據決定的，而最后的腳部卻是我來決定的，如果前面兩個數據的大小沒有達到 8 的倍數，那么我就會來填充，所以就是這里的填充使得他們擁有了等量的身高差(內存對齊)。

我是基于兩點原因來這個締造他們的：

平臺原因：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的;某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。

性能原因：中央大腦(CPU)訪問內存是有內存訪問粒度的，就是每次訪問內存的長度是固定的，如果不這樣做，那么中央大腦起需要訪問兩次內存，而對齊后只需要一次。

小強：嗯，明白了!那能給我說說這些工人在居住區為什么要不斷的搬遷呢?

3.3 成長

老頭：經過長時間的觀察，我發現每個工人的生命長短是不一樣的。所以我把居住區分為新生代，老年代，然后讓他們合理的搬遷，這樣能有效的利用空間而且讓垃圾小分隊工作更有效率。

 

 

堆區分代

工人誕生后會分配到Eden區，當Eden區人員快滿時，垃圾小分隊會來清掃，清掃后如果工人還活著，那么他們將搬遷至Survivor區中的其中一個，當這個Survivor快滿時，垃圾小分隊會將還活著的工人搬遷至另一個Survivor區中，就這樣重復著，每經歷一次垃圾小分隊的清掃，活著的工人就會長大一歲，直到工人的年齡達到15歲，到達后會將他們搬遷至老年代生活的地方。但也有例外，如果某個工人吃的太胖，新生代容不下他，那么他將直接去老年代住下。當老年代快住滿時，將會有垃圾大掃除(full gc)。

小強：原來如此啊!從此我再也不是只知道堆區棧區的菜鳥啦!哈哈哈哈……

老頭：小伙子，不要高興太早!你到目前為止所了解的仍是九牛一毛。

3.4 死亡證明

小強：如何確定工人是否到達生命的盡頭呢?

第一種：引用計數法

給每個工人添加一個引用計數器，就是只要有人需要這個工人幫忙，那么就給這個工人的計數加1，反之，別人不再需要這個工人的幫忙，那么計數就減1，直到這個計數為0，那么表示這個工人生命到了盡頭。

但這種方法有個問題：如果A工人和B工人相互需要幫忙，但沒有任何其他工人或任務需要他們兩個，那么他們兩個會永遠活下!「所以這種方法我們不會采取的。」

第二種：可達性分析法

我們找出被稱為 “GC roots”的工人作為起點，依次尋找他們工作中依賴的工人，這就可以知道哪些工人是沒有必要在存在下去了。

小強：我怎么知道哪些是 “GC roots”工人呢?

老頭：

工作區(棧)中的需要用到的工人

倉庫(方法區)中模板(類)本身需要的工人(靜態，常量)

世界后方(native方法)需要的工人

小強：Got it!

4. 回收

老頭：下面我帶你去認識一下垃圾小分隊的人物吧!不過在認識他們之前你最好了解一下，垃圾清除的基本方法論。

4.1 基本方法論

收集垃圾遵循的基本方法論有以下幾種：

• 標記-清除首先標記出所有需要回收的工人(對象)，在標記完成后統一回收所有被標記的工人。但這個有兩個缺點：1. 效率不高 2. 會產生許多碎片空間
• 復制將可用的空間一分為二，每次只使用其中一塊，當快使用完時，小分隊回收，然后將活著的工人搬遷至另一塊。這雖然解決了標記-清除的效率問題，但此種方法卻縮小了一半空間。
• 標記-整理首先標記出所有需要回收的工人(對象)，然后將存活的工人移動到空間的一端，然后清理掉邊界以外的工人。

小強笑了笑：原來是這三種算法啊!我知道!

老頭：既然知道，那跟我來認識一下垃圾清掃隊的人吧!

4.2 主要成員

垃圾清掃隊有好幾個小隊組成，客戶喜歡哪個小隊可以指定讓誰來工作，他們各個隊伍的清掃方式各不相同也各有優劣。

我給你介紹一下兩個主要成員吧，CMS，G1兩個小隊出列。

CMS：到，我們是CMS分隊，全稱叫 “Concurrent Mark Sweep”，顧名思義，我們是采用標記清除算法的并發小分隊，我們以獲取最短回收停頓時間為目標。

小強：那你說說你們是如何工作的?

CMS：我們主要分四個步驟工作，1. 初始標記 2.并發標記 3.重新標記 4.并發清除

小強：算啦，這么多步驟太需要時間來了解了，我現在知道你的優點了，那你的缺點有什么呢?

CMS：這怎么還帶揭人傷疤的……

老頭這時嚴肅的咳嗽了兩聲，其意CMS立馬捕獲到了，委屈的說：

我有三個缺點：

• 當資源不是很充足時，占用過多的資源，導致任務變慢
• 無法處理浮動垃圾，我們清理的時候，工人同時也在工作，我們標記后，正好有些工人不在需要了
• 我們分隊遵循的是“標記-清除”算法，所以會產生大量碎片空間，導致世界大掃除(full gc)提前到來

心直口快的小強來了句：原來你的問題這么嚴重，老頭竟然沒把你們小分隊辭掉……

CMS：你…… 想當年我們分隊可是紅極一時的……

那么我猜G1是不是可以彌補CMS的不足呢?

G1: 說實話，我們分隊的目標就是替換CMS分隊…… (JDK14 CMS正式落下帷幕)

小強不懷好意的笑了起來，哈哈……，CMS翻著白眼躲到一旁的角落暗自傷感去了。

 

CMS角落哭泣

小強：那G1說說你的能耐吧!

G1: 我們隊是基于標記整理算法的，因此不會產生大量碎片空間

• 我們同時引入了分區的思路，弱化了分代的概念
• 我們的停頓時間是可控的，可避免雪崩現象
• 我們也能充分利用客戶給我們的資源，減少停頓時間

這是我們隊的優勢，接下來我給你詳細介紹下我們隊的情況……

小強：好的!你繼續……

回歸

就在小強聽的興趣濃濃時，天空中突然出現一只巨大無比的手向他襲來，小強躲閃不開，啊……

 

一只大巴掌

小強捂著自己的頭，有點恍惚，抬頭一看，擦，技術總監……你怎么也在這?

總監：我不在這我在哪?在家睡大覺嗎!

這時小強才回過神來，原來自己還在辦公室，大事不妙啊!

總監：小強，回家多爽，明天就不用來了吧!

小強一慌，腦袋靈機一動：總監，知道我剛才在做什么嗎?那可不是在睡覺，我有一個故事你且聽聽再做決定。

吧啦吧啦……

如果你覺得本文有不巧當之處，請留言告知，如果喜歡本文給個贊鼓勵一下。