1. java字节码技术

1.1 什么是字节码？

字节码（Java bytecode），是由Java编译器把Java代码转换后，可以由java虚拟机无脑执行的指令集。也是java跨平台的核心所在。Java维护者（组织）为所有主流操作系统提供了一个Java虚拟机，这些虚拟机向上可以识别java字节码，向下则适配本地环境，执行字节码里面的指令，在转换成cpu执行指令。

它是程序的一种低级表示，可以运行于Java虚拟机上。将程序抽象成字节码可以保证Java程序在各种设备上的运行。计算机里面的很多事情问题都可以通过增加一个中间层来解决，很显然，字节码+JVM就是这么一个中间层，解决跨平台的问题。

Java bytecode由单字节(byte)的指令组成，理论上最左支持256个操作码(opcode)。实际上Java只是用了200个左右的操作码，还有一些操作码则保留给调试操作。

根据指令的性质，主要分为四个大类：

1. 栈操作指令，包括与局部变量交互的指令
2. Java虚拟机（JVM）是一个基于栈的计算机。所有的计算都发生在栈上。
3. 程序流程控制指令
4. 程序的流程控制指令，比如，for，if，函数调用
5. 对象操作指令，包括方法调用指令
6. java是一个面向对象的语言，创建一个对象，调用对象的方法。
7. 算数运算以及类型转换指令。

1.2 查看字节码

1. 代码

1. 查看字节码

• javac xxx.java 生成class文件
• javap -c xxx.class 查看字节码

实际上，class文件里面保存的都是字节码，0到255的数字，上图展示的是助记符，方便记忆和阅读用的。aload_0，return等都有自己对应的操作码的。

• javap -c -verbose xxx.class 查看更信息的字节码信息

上图中，有jdk的版本号，类的属性（public），还有常量表。代码行号表（调试的时候可以看到指令对于的行号）。

1. 执行流程

执行的时候，从常量表中获取到常量值，在放到程序栈（变量表）中尽心计算。

2. 类加载

2.1 类的生命周期

1. 加载(Loading):找class文件，并读入程序内存中
2. 通过类名com.xxx.Class从各种classpath目录里面找到对应类,也可以自定义类加载器，从网络上加载类或jar包。
3. 验证(Verification): 验证格式，依赖
4. 验证格式是否正确。版本号。
5. 类之间的相互引用关系。
6. 准备(Preparation): 静态字段，方法表
7. 抽取类里面的静态字段
8. 抽取类里面的方法。
9. 搭建类的结构（骨架）
10. 解析(Resolution): 符号解析为引用
11. 把各种符号替换成引用。
12. 初始化(Initialization): 构造器，静态变量赋值，静态代码
13. 静态变量赋值
14. 静态代码执行
15. 然后这个类就可以创建实例了。可以被使用了。
16. 使用(Using): 创建类实例，并使用
17. 卸载(Unloading): 清除类的信息

2.2 什么时候会加载类，会初始化类

1. 当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类。（main方法所在的类）
2. 当遇到用以新建目标类实例的new指令时，初始化new指令的目标类，就是new一个类的时候要初始化。（创建类的实例，那肯定需要类被加载了。）
3. 当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类。
4. 当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类。
5. 子类的初始化会触发父类的初始化。
6. 如果一个接口定义了default方法，那么直接实现或间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化。
7. 使用反射API对某个类进行反射调用时，初始化这个类，反射调用要么是已经有实例了，要么是静态方法，都需要初始化。
8. 当初次调用MethodHandle实例时，初始化该MethodHandle指向的方法所在的类。

2.3 什么时候会加载类，不会初始化类

1. 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。但子类肯定是被加载了的。
2. 定义对象数组，不会触发类的初始化。数组只是一个声明，实际上还没有创建对象呢。
3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接一用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。比如：java字符串字面量"xxxx"其实就是一个String常量了。但是并不会触发String类的初始化。
4. 通过类名获取Class对象，不会触发类的初始化。Hello.Class不会让Hello类初始化。
5. 通过Class.forName加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否需要对类进行初始化。Class.forName("jvm.Hello")默认会初始化Hello类。
6. 通过ClassLoader默认的loadClass方法，不会触发初始化动作（类加载了，但是不初始化）

所谓加载类，不初始化类指的就是，会从class文件里面加载类的字节码，但是并不会执行静态字段的赋值，静态代码块的执行。

2.4 类加载器

1. 启动类加载器(BootstrapClassLoader)
2. 加载JVM启动的核心系统类
3. 扩展类加载器(ExtClassLoader)
4. 扩展的类，也是在jdk里面自带的。
5. 应用类加载器(AppClassLoader)
6. 加载程序员写的代码，jar包。

• 怎么保证类不会重复加载？
• 双亲委托：应用类加载器在加载类的时候，会先去扩展类加载器里面找类是否已被加载，如果没有就去启动类加载器找，如果还没有，则自己加载类。
• 负责依赖：加载一个类的时候，还需要把这个类依赖的其它类也给加载进来。
• 缓存加载：类被加载完后，会缓存起来。
• 自定义类加载器
• 自定义类加载器加载出来的类是不一样的，哪怕都是从同一个class文件加载进来的类，但是实例是不能相互类型转换的。因为没有共同的上一级加载器。java中类其实也是一个对象，不同的加载器加载的类，就相当于2个类对象，虽然对象的内容是一样的，但是地址什么的就不一样了（比喻）。基于这个特性，可以加载不同版本的类，解决类兼容的问题，比如引入了一个外部工具，这个工具依赖了xxx.class 1.0.0。但是现有的代码也依赖的却是xxx.class 1.1.0这样就势必要加载2个版本的xxx.class了。那么自定义类加载器就派上用场了。

2.5 添加引用类的几种方式（就是发现类）

• 把类/jar放到JDK的lib/ext下，或者-Djava.ext.dirs指定类查找路径
• java-cp/classpath或者class文件放到当前路径
• 自定义ClassLoader加载。这个就比较灵活了，可以从网络上下载一个类。
• 拿到当前执行类的ClassLoader，反射调用addUrl方法添加jar或者路径。说白了，还是添加路径其他的类加载器才能找到类、jar包。（JDK9就不能用这种方法了，提供了新方法。）

3. JVM内存模型

4. JDK内置的命令行工具

4.1 工具功能展示

4.1.1 jps/jinfo

• 查看当前系统启动的java进程。就跟linux的ps命令一样，只是jps只显示java进程
• jps -mlv :查看更详细的信息。jvm的启动参数，垃圾回收算法等。

4.1.2 jstat

• jstat -gc 98800 1000 20 查看进程98800的内存，和gc情况，1000表示每秒刷新一次，显示20次。s0c存活区0的容量，s0u表示存活区0使用的内存数。EC表示伊甸区的容量。OC老年区的容量。MC表示元数据区的容量。YGC表示youngGC次数。YGCT表示youngGC的总时间。FGC全量垃圾回收的册数，FGCT表示全量GC的总时间。单位都是字节。

• jstat -gcutil 98800 1000 20: 查看各个区域内存的使用率。百分比

4.1.3 jmap 查看更详细的jvm信息，jvm里面的所有对象，以及对象个数，使用的字节数。如果某个对象特别多。可能就是内存泄漏了。

• jmap -histo pid

• jmap -heap 14068 查看堆内存信息

4.1.4 jstack

• jstack pid：查看jvm所有线程的栈。

4.1.5 jcmd

• jcmd是一个比较综合的命令行工具。和上面的那些都是职责单一的。
• jcmd 14068 help :查看指定进程，支持哪些工具。

• jcmd pid Thread.print: 查看jvm的所有线程栈。

4.1.6 jrunscript/jjs

• 执行js脚本命令。

5. JDK内置图形化工具

说明：功能其实和命令行工具差不多，只是有窗口界面，比较方便。

5.1 jconsole

图形化显示JVM内存，线程，cpu的使用情况。

5.2 jvisualvm

抽样统计功能，比jconsole更好用一点。更强大一点。可以查看一段时间（单位时间）系统的状态。

5.3 jmc

死锁都能检测出来。