本系列基于JDK7
JVM体系结构
主要包含两个子系统和两个组件。
Java CAS(Compare And Swap)
基础知识
CAS(Compare And Swap)比较和替换是设计并发算法时用到的一种技术。简单来说，比较和替换是使用一个期望值和一个变量的当前值进行比较，如果当前变量的值与期望的值相等，就使用一个新值替换当前变量的值。
在程序和算法中一个经常出现的模式就是Check And Act模式。先检查后操作模式发生在代码中首先检查一个变量的值，然后再基于这个值做一些操作。
原子性,临界区,互斥量,信号量
原子性
原子性就是说一个操作不可以被中途CPU暂停然后调度，即不能被中断，要不就执行完，要不就不执行。
原子操作
是不能被线程调度机制中断的操作，一旦操作开始，那么它一定可以在可能发生中断之前执行完毕。
一个不正确的知识：“原子操作不需要进行同步控制”。
原子性可以应用于基本数据类型（64位的long和double不是原子性），对于写入和读取，可以把它们当作原子操作来操作内存。但是，JVM可以将64（long和double）的读取和写入当作两个分离的32位操作来执行，这个就产生在读取和写入操作中间发生上下文切换问题，导致不同的任务可以看到不正确结果。
JDK7自带工具
JDK7自带工具目录
1 | C:\Users\Administrator>java -version |
命令 | 说明
—|—
appletviewer | 用于运行并浏览applet小程序。
extcheck | 扩展检测工具，主要用于检测指定jar文件与当前已安装的Java SDK扩展之间是否存在版本冲突。
idlj | IDL转Java编译器(IDL-to-Java Compiler)，用于为指定的IDL文件生成Java绑定。IDL意即接口定义语言(Interface Definition Language)。
jar | jar文件管理工具，主要用于打包压缩、解压jar文件。
jarsigner | jar密匙签名工具。
java | Java运行工具，用于运行.class字节码文件或.jar文件。
javac | Java编译工具(Java Compiler)，用于编译Java源代码文件。
javadoc | Java文档工具，主要用于根据Java源代码中的注释信息生成HTML格式的API帮助文档。
javafxpackager | JavaFX包装器，用于执行与封装或签名JavaFX应用有关的任务。JDK 8u20已经迁移此工具到javapackager。
javah | Java头文件工具，用于根据Java类生成C/C++头文件和源文件(主要用于JNI开发领域)。
javap | Java反编译工具，主要用于根据Java字节码文件反汇编为Java源代码文件。
javapackager | 执行针对Java应用程序和JavaFX应用程序的打包和签名的任务。包含了javafxpackager的功能。
jcmd | Java 命令行(Java Command)，用于向正在运行的JVM发送诊断命令请求。
jconsole | 图形化用户界面的监测工具，主要用于监测并显示运行于Java平台上的应用程序的性能和资源占用等信息
jdeps | 用于分析Java class的依赖关系
jdb | Java调试工具(Java Debugger)，主要用于对Java应用进行断点调试
jhat | Java堆分析工具(Java Heap Analysis Tool)，用于分析Java堆内存中的对象信息。
jinfo | Java配置信息工具(Java Configuration Information)，用于打印指定Java进程、核心文件或远程调试服务器的配置信息。
jjs | 对Nashorn引擎的调用。Nashorn是基于Java实现一个轻量级高性能的JavaScript运行环境。
jmap | Java内存映射工具(Java Memory Map)，主要用于打印指定Java进程、核心文件或远程调试服务器的共享对象内存映射或堆内存细节。
jmc | Java任务控制工具(Java Mission Control)，主要用于HotSpot JVM的生产时间监测、分析、诊断。开发者可以使用jmc命令来创建JMC工具。
jps | JVM进程状态工具(JVM Process Status Tool)，用于显示目标系统上的HotSpot JVM的Java进程信息。
jrunscript | Java命令行脚本外壳工具(command line script shell)，主要用于解释执行javascript、groovy、ruby等脚本语言。
jsadebugd | Java可用性代理调试守护进程(Java Serviceability Agent Debug Daemon)，主要用于附加到指定的Java进程、核心文件，或充当一个调试服务器。
jstack | Java堆栈跟踪工具，主要用于打印指定Java进程、核心文件或远程调试服务器的Java线程的堆栈跟踪信息。
jstat | JVM统计监测工具(JVM Statistics Monitoring Tool)，主要用于监测并显示JVM的性能统计信息，包括gc统计信息。
jstatd | jstatd(VM jstatd Daemon)工具是一个RMI服务器应用，用于监测HotSpot JVM的创建和终止，并提供一个接口，允许远程监测工具附加到运行于本地主机的JVM上。
jvisualvm | JVM监测、故障排除、分析工具，主要以图形化界面的方式提供运行于指定虚拟机的Java应用程序的详细信息。
keytool | 密钥和证书管理工具，主要用于密钥和证书的创建、修改、删除等。主要用于获取或缓存Kerberos协议的票据授权票据。允许用户查看本地凭据缓存和密钥表中的条目(用于Kerberos协议)。Kerberos密钥表管理工具，允许用户管理存储于本地密钥表中的主要名称和服务密钥。
native2ascii | 本地编码到ASCII编码的转换器(Native-to-ASCII Converter)，用于”任意受支持的字符编码”和与之对应的”ASCII编码和(或)Unicode转义”之间的相互转换。
orbd | 对象请求代理守护进程(Object Request Broker Daemon)，它使客户端能够透明地定位和调用位于CORBA环境的服务器上的持久对象。
pack200 | JAR文件打包压缩工具，它可以利用Java类特有的结构，对普通JAR文件进行高效压缩，以便于能够更快地进行网络传输。这是微软提供的对象包装程序，用于对象安装包。
policytool | 策略工具，用于管理用户策略文件(.java.policy)。
rmic | Java RMI 编译器，为使用JRMP或IIOP协议的远程对象生成stub、skeleton、和tie类，也用于生成OMG IDL。
rmid | Java RMI 激活系统守护进程，rmid启动激活系统守护进程，允许在虚拟机中注册或激活对象。
rmiregistry | Java 远程对象注册表，用于在当前主机的指定端口上创建并启动一个远程对象注册表。
schemagen | XML schema生成器，用于生成XML schema文件。
serialver | 序列版本命令，用于生成并返回serialVersionUID。
servertool | Java IDL 服务器工具，用于注册、取消注册、启动和终止持久化的服务器。
tnameserv | Java IDL瞬时命名服务。
unpack200 | JAR文件解压工具，将一个由pack200打包的文件解压提取为JAR文件。
wsgen | XML Web Service 2.0的Java API，生成用于JAX-WS Web Service的JAX-WS便携式产物。
wsimport | XML Web Service 2.0的Java API，主要用于根据服务端发布的wsdl文件生成客户端存根及框架。
xjc | 主要用于根据XML schema文件生成对应的Java类。
Jstat
Jstat用于监控基于HotSpot的JVM，对其堆的使用情况进行实时的命令行的统计，使用jstat我们可以对指定的JVM做如下监控：
- 类的加载及卸载情况。
- 查看新生代、老生代及持久代的容量及使用情况。
- 查看新生代、老生代及持久代的垃圾收集情况，包括垃圾回收的次数及垃圾回收所占用的时间。
- 查看新生代中Eden区及Survior区中容量及分配情况等。
jstat工具特别强大，它有众多的可选项，通过提供多种不同的监控维度，使我们可以从不同的维度来了解到当前JVM堆的使用情况。详细查看堆内各个部分的使用量，使用的时候必须加上待统计的Java进程号，可选的不同维度参数以及可选的统计频率参数。它主要是用来显示GC及PermGen相关的信息。
线程安全和锁机制
概念
临界区
临界区指的是一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待（例如：bounded waiting等待法），有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用。只能被单一线程访问的设备，例如：打印机。
互斥量
互斥量是一个可以处于两态之一的变量：解锁和加锁。
这样，只需要一个二进制位表示它，不过实际上，常常使用一个整型量，0表示解锁，而其他所有的值则表示加锁。互斥量使用两个过程。当一个线程（或进程）需要访问临界区时，它调用mutex_lock。如果该互斥量当前是解锁的（即临界区可用），此调用成功，调用线程可以自由进入该临界区。
另一方面，如果该互斥量已经加锁，调用线程被阻塞，直到在临界区中的线程完成并调用mutex_unlock。如果多个线程被阻塞在该互斥量上，将随机选择一个线程并允许它获得锁。
Java Copy-On-Write并发优化策略
基础知识
Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。
开始都在共享同一个内容，当想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。
CopyOnWrite容器
CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解：往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。（但是读取的数据会有延迟）所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。目的是为了提高并发能力。
Java Class文件的结构(实践篇)
- 实例
- 常量池
- u2 access_flags
- u2 this_class
- u2 super_class
- interfaces_count 、 interfaces[interfaces_count]
- fields_count、field_info
- TestClass字段(fields_count)的数量
- int staticVar = 0
- methods_count、method_info
- TestClass第1个方法
- TestClass第2个方法
- Class文件的属性
实例
首先有一个TestClass类，代码如下。1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14package com.ejushang.TestClass;
public class TestClass implements Super {
private static final int staticVar = 0;
private int instanceVar = 0;
public int instanceMethod(int param) {
return param + 1;
}
}
interface Super {
}
通过jdk1.6.0_37的javac编译后的TestClass.java对应的TestClass.class的二进制结构如下。
TestClass.class
用WinHex工具查看字节码。
Java Class文件的结构(理论篇)
- Class文件字节编码存储顺序统一
- 无符号数和表
- class文件中的字节流
- Class文件中的字节流每项的含义
- 常量池结构
- CONSTANT_Class_info结构
- CONSTANT_Fieldref_info结构
- CONSTANT_Methodref_info结构
- CONSTANT_InterfaceMethodref_info结构
- CONSTANT_String_info结构
- CONSTANT_Integer_info结构
- CONSTANT_Float_info结构
- CONSTANT_Long_info结构
- CONSTANT_Double_info结构
- CONSTANT_NameAndType_info 结构
- CONSTANT_Utf8_info结构
- CONSTANT_MethodHandle_info 结构
- CONSTANT_MethodType_info 结构
- CONSTANT_InvokeDynamic_info 结构
- 属性表集合（attributes_count和attribute）
学习Java的朋友应该都知道Java从刚开始的时候就打着平台无关性的旗号，说“一次编写，到处运行”，其实说到无关性，Java平台还有另外一个无关性那就是语言无关性，要实现语言无关性，那么Java体系中的class的文件结构或者说是字节码就显得相当重要了，其实Java从刚开始的时候就有两套规范，一个是Java语言规范，另外一个是Java虚拟机规范，Java语言规范只是规定了Java语言相关的约束以及规则，而虚拟机规范则才是真正从跨平台的角度去设计的。今天我们就以一个实际的例子来看看，到底Java中一个Class文件对应的字节码应该是什么样子。 这篇文章将首先总体上阐述一下Class到底由哪些内容构成，然后再用一个实际的Java类入手去分析class的文件结构。