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最近的業(yè)余時(shí)間基本都在寫一個(gè)簡(jiǎn)單的RPC框架(附帶詳解以及知識(shí)點(diǎn)講解那種，爭(zhēng)取新手都能看懂)，所以原創(chuàng)文耽擱了一些，不過(guò)也可以讓你們緩沖一下，前今天發(fā)了一些不錯(cuò)的原創(chuàng)技術(shù)文章。加油!奧利給!❞

小強(qiáng)是一個(gè)工作3年有余的開(kāi)發(fā)工程師，從他的發(fā)量你就可以知道，小強(qiáng)資歷還尚淺。

 

程序員驚人發(fā)量

最近公司沒(méi)什么事，他也開(kāi)始無(wú)聊起來(lái)了。這天下午，同事們?cè)诩ち业挠懻撨@業(yè)務(wù)，但他沒(méi)有參與，于是他決定學(xué)習(xí)些什么知識(shí)，無(wú)聊的翻著各個(gè)網(wǎng)頁(yè)，發(fā)現(xiàn)JVM是各位大神們推薦過(guò)的知識(shí)，于是決定好好看一看。

5分鐘過(guò)后……

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

然而就在這一刻，他突然發(fā)現(xiàn)周圍同事激烈討論的聲音聽(tīng)不到了，安靜到了極致。

1. 入界

小強(qiáng)努力的睜開(kāi)眼睛，才發(fā)現(xiàn)自己竟然身處一個(gè)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(gè)人間如畫，美女如云的地方啊……，這境地……

突然前方走來(lái)一個(gè)白胡子老頭，小強(qiáng)正想開(kāi)口，老頭捷足先登：你好，我是這個(gè)JVM世界的締造者，你可以叫我 “HotSpot”，不過(guò)這無(wú)所謂，因?yàn)槲宜鶆?chuàng)造的這個(gè)世界，是按照 “JVM規(guī)范” 來(lái)完成的。我正在休息時(shí)，發(fā)現(xiàn)來(lái)了一位客人，原來(lái)是你。

小強(qiáng)：我是想問(wèn)……

老頭：不用問(wèn)，我知道，你是想了解一下我創(chuàng)造的這個(gè)世界吧!跟我來(lái)吧。

這老頭，我還沒(méi)說(shuō)話，這就結(jié)束了!好吧，跟你看看且說(shuō)。

老頭邊走邊道：JVM 的世界 空間是有限的，我們堅(jiān)持一個(gè)原則 : 各司其職，不留無(wú)用之人!

小強(qiáng)：啊!好殘酷。

老頭：不，這不是殘酷，我們這個(gè)世界生來(lái)就是為客戶提供服務(wù)，為客戶發(fā)光發(fā)熱的，每個(gè)人奉獻(xiàn)出了自己的能力就是圓滿完成任務(wù)，退出舞臺(tái)是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，也是他們最好的歸宿。

小強(qiáng)：也是，這樣這個(gè)世界才不會(huì)那么擁擠，大家才能井然有序的工作，我怎么這么不開(kāi)竅呢……

2. 布局

老頭前面停了下來(lái)：過(guò)來(lái)，帶你先看看我們世界的整體組成和中心區(qū)如何布局。

 

 

整體布局圖

先來(lái)看看我們最主要的日常工作區(qū)(運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū))，為了讓我們工作起來(lái)更有效率，我們將世界空間劃分為這幾個(gè)板塊。

「居住區(qū)-堆」

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

 

 

居住區(qū)

「工作區(qū)-?！?/h3>

每個(gè)任務(wù)來(lái)臨時(shí)，都會(huì)在工作區(qū)單獨(dú)開(kāi)辟出一個(gè)地方來(lái)用于完成這個(gè)任務(wù)。

 

 

棧幀圖

「記錄者-程序計(jì)數(shù)器」

由于我們同時(shí)能做的任務(wù)有限，所以我們需要為不同的任務(wù)劃分出不同的時(shí)間片，我們?cè)谇袚Q任務(wù)的時(shí)候，需要一個(gè)記錄者，能夠記錄我們這個(gè)任務(wù)做到了哪里，下次回來(lái)能夠繼續(xù)做。

「?jìng)}庫(kù)管理區(qū)-方法區(qū)」

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(huì)經(jīng)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(xiàn)。

3.1 出生

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

小強(qiáng)：這個(gè)我知道點(diǎn)，之前看過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程還是有些復(fù)雜的，客戶的模板(類)是通過(guò)一個(gè)翻譯工廠(編譯器) 將它翻譯成class 字節(jié)碼，因?yàn)槟銈冞@個(gè)世界只認(rèn)識(shí)字節(jié)碼，然后有你們的加載系統(tǒng)將它們加載到這里。

加載過(guò)程中有這些階段：

 

 

類加載過(guò)程

其中加載階段是由加載器來(lái)完成的。

老頭：是的，我們提供了三種加載器，啟動(dòng)類加載器，擴(kuò)展類加載器，應(yīng)用類加載器，當(dāng)然客戶也可以自定義加載器。

 

 

雙親委派模型

小強(qiáng)：他們遵循著雙親委派模型，但是我一直不太理解這個(gè)詞!

老頭：這是由于你們語(yǔ)言翻譯的問(wèn)題導(dǎo)致，這個(gè)模式叫 “parents delegation”，知道了吧!它是指有你的父輩們來(lái)幫你完成。

小強(qiáng)：那雙親委派模式 有什么好處呢?

老頭：

具有優(yōu)先級(jí)層次的關(guān)系可以避免模板(類)的重復(fù)加載

安全考慮可以防止Java核心api被替換

老頭繼續(xù)道：那連接過(guò)程中的三步，你知道是做什么嗎?

小強(qiáng)：具體的我就不知道了哎……

老頭笑了笑：對(duì)于客戶定義的模板(類)，我們可不是來(lái)者不拒的，為了我們這個(gè)世界的安全以及能提供更好的服務(wù)，我們會(huì)對(duì)模板做一些驗(yàn)證及后續(xù)操作。

驗(yàn)證包括格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)碼驗(yàn)證，符號(hào)驗(yàn)證。當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)后，我們會(huì)為模板所依賴的東西(類變量)分配空間，最后將符號(hào)引用替換為直接引用。

老頭看了看小強(qiáng)眉頭緊皺，于是繼續(xù)補(bǔ)充：你可能不了解什么是符號(hào)引用和直接引用!

符號(hào)引用就是在編譯時(shí)，并不知道模板(類)所依賴的其他東西，會(huì)在我們的空間中的哪個(gè)位置，只能用符號(hào)來(lái)表示。

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

最后就是初始化了，這個(gè)階段主要是對(duì)類變量初始化，是執(zhí)行類構(gòu)造器的過(guò)程。

小強(qiáng)：我怎么沒(méi)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(shù)人是見(jiàn)不到的，他們統(tǒng)稱為 Klass。

小強(qiáng)：不對(duì)啊!你是不是搞錯(cuò)了?不應(yīng)該叫 Class嗎?

老頭：哈哈!我剛才說(shuō)了，大多數(shù)人見(jiàn)不到，你就是其中之一啊!你們平時(shí)見(jiàn)到的 Class只是對(duì) 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(qiáng)：為什么你的工人是等量差的身高呢?

 

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對(duì)象長(zhǎng)度

老頭：你的觀察還是挺仔細(xì)的嘛!是的，他們確實(shí)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(duì)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(shù)據(jù)決定的，而最后的腳部卻是我來(lái)決定的，如果前面兩個(gè)數(shù)據(jù)的大小沒(méi)有達(dá)到 8 的倍數(shù)，那么我就會(huì)來(lái)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(nèi)存對(duì)齊)。

我是基于兩點(diǎn)原因來(lái)這個(gè)締造他們的：

平臺(tái)原因：不是所有的硬件平臺(tái)都能訪問(wèn)任意地址上的任意數(shù)據(jù)的;某些硬件平臺(tái)只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

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

小強(qiáng)：嗯，明白了!那能給我說(shuō)說(shuō)這些工人在居住區(qū)為什么要不斷的搬遷呢?

3.3 成長(zhǎng)

老頭：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察，我發(fā)現(xiàn)每個(gè)工人的生命長(zhǎng)短是不一樣的。所以我把居住區(qū)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(duì)工作更有效率。

 

 

堆區(qū)分代

工人誕生后會(huì)分配到Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)人員快滿時(shí)，垃圾小分隊(duì)會(huì)來(lái)清掃，清掃后如果工人還活著，那么他們將搬遷至Survivor區(qū)中的其中一個(gè)，當(dāng)這個(gè)Survivor快滿時(shí)，垃圾小分隊(duì)會(huì)將還活著的工人搬遷至另一個(gè)Survivor區(qū)中，就這樣重復(fù)著，每經(jīng)歷一次垃圾小分隊(duì)的清掃，活著的工人就會(huì)長(zhǎng)大一歲，直到工人的年齡達(dá)到15歲，到達(dá)后會(huì)將他們搬遷至老年代生活的地方。但也有例外，如果某個(gè)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(dāng)老年代快住滿時(shí)，將會(huì)有垃圾大掃除(full gc)。

小強(qiáng)：原來(lái)如此啊!從此我再也不是只知道堆區(qū)棧區(qū)的菜鳥(niǎo)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(qiáng)：如何確定工人是否到達(dá)生命的盡頭呢?

第一種：引用計(jì)數(shù)法

給每個(gè)工人添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，就是只要有人需要這個(gè)工人幫忙，那么就給這個(gè)工人的計(jì)數(shù)加1，反之，別人不再需要這個(gè)工人的幫忙，那么計(jì)數(shù)就減1，直到這個(gè)計(jì)數(shù)為0，那么表示這個(gè)工人生命到了盡頭。

但這種方法有個(gè)問(wèn)題：如果A工人和B工人相互需要幫忙，但沒(méi)有任何其他工人或任務(wù)需要他們兩個(gè)，那么他們兩個(gè)會(huì)永遠(yuǎn)活下!「所以這種方法我們不會(huì)采取的。」

第二種：可達(dá)性分析法

我們找出被稱為 “GC roots”的工人作為起點(diǎn)，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(méi)有必要在存在下去了。

小強(qiáng)：我怎么知道哪些是 “GC roots”工人呢?

老頭：

工作區(qū)(棧)中的需要用到的工人

倉(cāng)庫(kù)(方法區(qū))中模板(類)本身需要的工人(靜態(tài)，常量)

世界后方(native方法)需要的工人

小強(qiáng)：Got it!

4. 回收

老頭：下面我?guī)闳フJ(rèn)識(shí)一下垃圾小分隊(duì)的人物吧!不過(guò)在認(rèn)識(shí)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(biāo)記-清除首先標(biāo)記出所有需要回收的工人(對(duì)象)，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的工人。但這個(gè)有兩個(gè)缺點(diǎn)：1. 效率不高 2. 會(huì)產(chǎn)生許多碎片空間
• 復(fù)制將可用的空間一分為二，每次只使用其中一塊，當(dāng)快使用完時(shí)，小分隊(duì)回收，然后將活著的工人搬遷至另一塊。這雖然解決了標(biāo)記-清除的效率問(wèn)題，但此種方法卻縮小了一半空間。
• 標(biāo)記-整理首先標(biāo)記出所有需要回收的工人(對(duì)象)，然后將存活的工人移動(dòng)到空間的一端，然后清理掉邊界以外的工人。

小強(qiáng)笑了笑：原來(lái)是這三種算法啊!我知道!

老頭：既然知道，那跟我來(lái)認(rèn)識(shí)一下垃圾清掃隊(duì)的人吧!

4.2 主要成員

垃圾清掃隊(duì)有好幾個(gè)小隊(duì)組成，客戶喜歡哪個(gè)小隊(duì)可以指定讓誰(shuí)來(lái)工作，他們各個(gè)隊(duì)伍的清掃方式各不相同也各有優(yōu)劣。

我給你介紹一下兩個(gè)主要成員吧，CMS，G1兩個(gè)小隊(duì)出列。

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

小強(qiáng)：那你說(shuō)說(shuō)你們是如何工作的?

CMS：我們主要分四個(gè)步驟工作，1. 初始標(biāo)記 2.并發(fā)標(biāo)記 3.重新標(biāo)記 4.并發(fā)清除

小強(qiáng)：算啦，這么多步驟太需要時(shí)間來(lái)了解了，我現(xiàn)在知道你的優(yōu)點(diǎn)了，那你的缺點(diǎn)有什么呢?

CMS：這怎么還帶揭人傷疤的……

老頭這時(shí)嚴(yán)肅的咳嗽了兩聲，其意CMS立馬捕獲到了，委屈的說(shuō)：

我有三個(gè)缺點(diǎn)：

• 當(dāng)資源不是很充足時(shí)，占用過(guò)多的資源，導(dǎo)致任務(wù)變慢
• 無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，我們清理的時(shí)候，工人同時(shí)也在工作，我們標(biāo)記后，正好有些工人不在需要了
• 我們分隊(duì)遵循的是“標(biāo)記-清除”算法，所以會(huì)產(chǎn)生大量碎片空間，導(dǎo)致世界大掃除(full gc)提前到來(lái)

心直口快的小強(qiáng)來(lái)了句：原來(lái)你的問(wèn)題這么嚴(yán)重，老頭竟然沒(méi)把你們小分隊(duì)辭掉……

CMS：你…… 想當(dāng)年我們分隊(duì)可是紅極一時(shí)的……

那么我猜G1是不是可以彌補(bǔ)CMS的不足呢?

G1: 說(shuō)實(shí)話，我們分隊(duì)的目標(biāo)就是替換CMS分隊(duì)…… (JDK14 CMS正式落下帷幕)

小強(qiáng)不懷好意的笑了起來(lái)，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(qiáng)：那G1說(shuō)說(shuō)你的能耐吧!

G1: 我們隊(duì)是基于標(biāo)記整理算法的，因此不會(huì)產(chǎn)生大量碎片空間

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

這是我們隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，接下來(lái)我給你詳細(xì)介紹下我們隊(duì)的情況……

小強(qiáng)：好的!你繼續(xù)……

回歸

就在小強(qiáng)聽(tīng)的興趣濃濃時(shí)，天空中突然出現(xiàn)一只巨大無(wú)比的手向他襲來(lái)，小強(qiáng)躲閃不開(kāi)，啊……

 

一只大巴掌

小強(qiáng)捂著自己的頭，有點(diǎn)恍惚，抬頭一看，擦，技術(shù)總監(jiān)……你怎么也在這?

總監(jiān)：我不在這我在哪?在家睡大覺(jué)嗎!

這時(shí)小強(qiáng)才回過(guò)神來(lái)，原來(lái)自己還在辦公室，大事不妙啊!

總監(jiān)：小強(qiáng)，回家多爽，明天就不用來(lái)了吧!

小強(qiáng)一慌，腦袋靈機(jī)一動(dòng)：總監(jiān)，知道我剛才在做什么嗎?那可不是在睡覺(jué)，我有一個(gè)故事你且聽(tīng)聽(tīng)再做決定。

吧啦吧啦……

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