从虚拟机视角谈Java应用性能优化 - 编程入门网

Java 栈：Java 方法的字节码执行的地方，方法中局部变量的生命周期都在栈中，栈的大小是我们要考虑的一个关键点，它直接决定了方法调用的层数，这对递归程序来说尤为重要。我们所用的 JVM 都是基于 Java 栈的运行机制，而有一个例外的实现，Google 移动设备操作系统 Android 的虚拟机 Dalvik 则是基于寄存器的机制（Dalvik 虽然支持 Java 语言开发，但从虚拟机的角度看，并不符合 Java 标准），关于虚拟机实现时，栈和寄存器机制的比较，请参考论文“Virtual Machine Showdown: Stack Versus Registers”；

程序计数器：对于基于栈实现的 JVM，这几乎是唯一寄存器了，它用来指示当前 Java 执行引擎执行到哪条 Java 字节码，指针指向方法区的字节码；

本地方法栈：这是 Java 调用操作系统本地库的地方，用来实现 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）；

执行引擎：JVM 的心脏，控制装入 Java 字节码并解析；

本地接口：连接了本地方法栈和操作系统库。

Java 字节码是 JVM 的指令，所有 Java 平台虚拟机有各自的指令集，而大部分指令相同，共 200 条左右，Java Card 虚拟机由于支持的数据类型少，相应的指令较少。部分虚拟机实现商为了优化性能，增加了一些自己特有的指令，当对于 Java 程序员来说，是透明的。下面是一段 Java 方法的字节码示例：

清单 1. Java 字节码例

/*　0x000092c4:0x04a7:　*/　_SCONST_0, 　 /*　0x000092c5:0x04a8:　*/　_SCONST_0, 　 /*　0x000092c6:0x04a9:　*/　_INVOKESTATIC,　HIGH(0x08e8),　LOW(0x08e8), 　 /*　0x000092c9:0x04ac:　*/　_POP, 　 /*　0x000092ca:0x04ad:　*/　_INVOKESTATIC,　HIGH(0x8046),　LOW(0x8046), 　 /*　0x000092cd:0x04b0:　*/　_IFEQ,　84, 　 /*　0x000092cf:0x04b2:　*/　_INVOKESTATIC,　HIGH(0x8044),　LOW(0x8044), 　 /*　0x000092d2:0x04b5:　*/　_GOTO,　79, 　 /*　0x000092d4:0x04b7:　*/　_ASTORE,　7,

当程序计数器中值为 0x000092ca:0x04ad，表明下一条即将执行字节码为 _INVOKESTATIC, HIGH(0x8046), LOW(0x8046)，该字节码表明将调用某个静态方法。

Java 语言一大好处就是不用关心对于内存的分配和回收，一切由垃圾收集器搞定。然而这并不代表 Java 程序员可以高枕无忧，再高效的收集器也可能因为滥用而导致性能问题。我们已经知道，Java 程序所涉及的空间分配和回收包括：

Java 堆，创建的 Java 对象（包括数组，数组也是一种对象）分配在堆中，垃圾收集对象来释放空间；

Java 栈，栈划分为操作数栈、栈帧数据和局部变量区，方法中分配的局部变量在栈中，同时每一次方法的调用都会在栈中分配栈帧，因此程序员在设计和开发应用时需考虑调用层数。

来看一段字节码在 Java 栈中的执行示例，100 与 98 相加：

清单 2. 整数加法运算的 Java 字节码

iload_0　　//　载入局部变量　0，整型，压入栈中 　 iload_1　　//　载入局部变量　1，整型，压入栈中 　 iadd　　　//　弹出两个整型数，相加，将结果压入栈 　 istore_2　//　弹出整型数，存入局部变量　2

图 2. 整数加法运算 Java 栈行为

从虚拟机视角谈Java应用性能优化(3)

此外，对于 JVM，还需了解支持的数据类型和它们占用的空间：

图 3. Java 数据类型

按代垃圾收集机制

虽然各家 JVM 的实现（Sun Hotspot、IBM J9、Oracle JRockit 等）不同，但均采用了按代的垃圾收集机制。垃圾收集就是标识出虚拟机中不被用到的垃圾对象，删除以回收空间。按代垃圾收集算法主要分为三种：

复制算法，空间被分为等大的两块，从根开始访

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