一、JVM – 字节码指令

1、练习1

已知知识： 该程序的栈帧中内部结构含有局部变量表、操作数栈、PC计数器；其中操作数栈的宽度是4字节

从字节码角度分析：a++ 相关题目

public static void main (String[] args){int a = 10;int b = a++ + ++a + a--;
}
//结果a 为 11 ； b 为 34

a++ 和 ++a的区别是先执行iload 还是先执行iinc

• a++ ：将局部变量表中变量a的值压入操作数栈，（操作数栈添有数值为10的4字节空间），在局部变量表中执行变量a+1，a = 11；

• ++a：在局部变量表中执行变量a+1，a = 12，再将变量a的值压入操作数栈，此时操作数栈含有数值为10的4字节空间 和 数值为12的4字节空间，两个数值相加为22

• a–：将局部变量表中变量a的值压入操作数栈，（操作数栈开辟数值为12的4字节空间），在局部变量表中执行变量a-1，a = 11；

• 因而得到b： 22 + 12 = 34

2、练习2

从字节码角度分析代码运行结果

public static void main(String[] args){int i = 0;int x = 0;while(i < 10){x = x++;i++;}System.out.println(x);//结果是0
}

x++，字节码指令先iload 再iinc

对代码句 x = x++：

• 将x的值压入操作数栈，此时操作数栈添有数值为0

• 局部变量表中执行x+1，此时局部变量中x存储的值为1

• 将操作数栈中的数值0 赋值给 x，此时 x 存储的值为0

  即无论循环进行多少次，x的值始终都是0

3、构造方法

编译器会按从上至下的顺序，收集所有static静态代码块和静态成员赋值的代码，合并为一个特殊的构造方法cinit()v: ， 该方法会在类加载的初始化阶段被调用。

public class Demo{static int i = 10;static {i = 20;}static{i = 30;}
}
对应字节码指令
0:bipush	10
2:putstatic	#2
5:bipush	20
7:putstatic	#2
10:bipush	30
12:putstatic	#2
15:return

编译器会按从上至下的顺序，收集所有{}静态代码块和成员变量赋值的代码，形成新的构造方法init V:，但原始的构造方法内的代码总是在最后。

Demo d = new Demo();
字节码指令
0:new
3:dup
4:invokespecial

在创建对象过程:

• 使用new关键字,分配对象在堆内存的空间，分配成功后会将对象引用放入操作数栈；

• 然后将引用地址复制一份也放入操作数栈（即此刻有两个引用地址在操作数栈中）；

• 再 根据栈顶的引用地址去调用对象的构造方法，出栈（即此时还剩一个引用地址在操作数栈中）

• 再 将操作数栈的引用地址赋值给局部变量表中的变量d

先执行cinit方法再执行init方法 ，创建实例化对象时： 父类静态成员 - 自身静态成员 - 父类成员变量 - 自身成员变量 - 父类构造方法 -自身构造方法。

4、多态原理

方法调用：

1. invokespecial 即确定的方法 如类独有的private 成员方法
2. invokestatic 静态方法
3. invokevirtual 不确定最终调用方法，需要查找多次才能知道具体内存地址 – 与多态原理相关

当执行invokevirtual指令时：

1. 先通过栈帧中的对象引用找到对象
2. 分析对象头，找到对象的实际Class
3. Class结构中有vtable，它在类加载的链接阶段就已经根据方法的重写规则生成好了
4. 查vtable方法表得到方法的具体地址
5. 执行方法的字节码

5、异常处理

finally

public static void main(String[] args){int i = 0;try{i = 10;}catch{i = 20;}finally{i = 30;}
}
对应字节码指令
0:iconst_0
1:istore_1 		//0->i 
2:bipush 	10	// try --- 
4:istore_1		// 10 -> i 
5:bipush 	30	// finally 
7:istore_1		// 30 -> i 
8:goto 		27	//return
11:astore_2		//catch Exceptin->e
12:bipush 	20 
14:istore_1		// 20 -> i 
15:bipush 	30	// finally 
17;istore_1		// 30 -> i 
18:goto 	27	// return 
21:astore3 		//catch any -> slot3
22:bipush 30 	// finally 
24:istore1 		// 30 ->i 
25:aload_3 		// <- slot 3 
26:athrow 		//throw 
27:return

可以看到finally的代码被复制了3份，分别放入try流程、catch流程以及catch剩余的异常类型流程。

练习 下面题目输出什么

public class demo{public static void main(String[] args){int res = test();System.out.println(res);}public static int test(){int i = 10;try{return i;}finally{i = 20;}}
}

具体执行过程 将10暂存，目的是为了固定返回值，然后执行finally块代码，再将暂存的值压入栈顶，所以返回的是10，即返回的值不会受到finally的影响

try-with-resources

try(资源变量 = 创建资源对象){}catch(){}
//资源对象需要实现AutoCloseable接口

尽管编写的程序不含有finally语句块，但编译时java会加上finally语句块

6、方法重写时的桥接方法

方法重写对返回值分两种情况

• 父子类的返回值一致

• 子类返回值 是 父类返回值 的子类

class A{public Number m(){return 1;}
}
class B extends A{@Override//子类m方法的返回值Integer 是父类m方法返回值Number 的子类public Integer m(){return 2;}
}

对于子类，java编译器会做如下处理

class B extends A{public Integer m(){return 2;}//此方法才是真正重写了父类public Number m()方法public synthetic bridge Number m(){//调用 public Integer m()return m();}
}

桥接方法仅对java虚拟机可见，并与原来的public Integer m()没有命名重名

7、匿名内部类

public class Demo{public static void test(final int x)		{Runnable runnable = new Runnable(){@Overridepublic void run(){System.out.println(x)}}}
}
编译后即为该内部类提供一个int成员变量以及含有int x的构造方法，当内部类需要用到x时就是用到自身的属性，而不是传入的参数x，因而x必须是final，如果x发生变化，匿名内部类的对应成员变量不会变化；
故而语法上 匿名内部类引用局部变量时，局部变量必须是final。

二、类加载

**验证：**检查加载的 class 文件的正确性；

准备：

• static变量分配空间和赋值是两个步骤，分配空间在准备阶段完成，赋值在初始化阶段完成
• 如果static变量是final的基本类型以及字符串常量那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶段完成
• 如果static变量是final的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

解析：

将常量池中的符号引号解析为直接引用，符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址

**初始化：**对静态变量和静态代码块执行初始化

发生的时机

概括得说，类初始化是【懒惰的】

• main方法所在的类，总会被首先初始化
• 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
• 子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
• 子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化
• Class.forName
• new会导致初始化

不会导致类初始化的情况

• 访问类的staticfinal静态常量(基本类型和字符串)不会触发初始化
• 类对象class不会触发初始化创建该类的数组不会触发初始化
• 类加载器的loadClass方法
• ClassforName的参数2为false时

1、类加载器

名称	加载哪的类	说明
Bootstrap ClassLoader	JAVAHOME/ire/lib	无法直接访问
Extension ClassLoader	JAVAHOME/ire/lib/ext	上级为Bootstrap，显示为null
Application ClassLoader	classpath	上级为Extension
自定义类加载	自定义	上级为Application

**双亲委派模型：**找上级，先找扩展类加载器，再找启动类加载器，如果上级无法完成加载任务，捕获未找到异常（ClassNotFoundException），子加载器再尝试自己加载。

为什么要使用双亲委派模型

防止内存中出现多份同样的字节码，如果由各个类加载器自行加载的话，用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中，多个类加载器都去加载这个类到内存中，系统中将会出现多个不同的Object类，那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证。要让类对象进行比较有意义，前提是他们要被同一个类加载器加载。

自定义类加载器 需继承ClassLoader，重写findClass方法。如果要打破双亲委派模型的则需要重写loadClass()方法。

2、运行期优化

对热点代码的优化 – 逃逸分析、方法内联、字段优化

即时编译器(JIT)与解释器的区别

• 解释器是将字节码解释为机器码，下次即使遇到相同的字节码，仍会执行重复的解释
• JIT是将一些字节码编译为机器码，并存入CodeCache，下次遇到相同的代码，直接执行，无需再编译
• 解释器是将字节码解释为针对所有平台都通用的机器码
• JIT会根据平台类型，生成平台特定的机器码