Java SE JVM Guide（JDK10）

参考：https://docs.oracle.com/javase/10/vm/

目录（持续更新...）

1、JVM技术概览

2、编译控制

2.1、写指令

· 编译器控制选项

· 写指令文件

· 写编译指令

· 写编译器指令的方法模板

· 编写内联指令选项

· 防止重复使用选项

2.2、理解指令

· 默认指令

· 修改指令

· 编译器控制和向后兼容性

2.3、使用指令文件命令

· 编译器指令和命令行

· 编译器指令和诊断命令

· 指令堆栈中的指令顺序

3、垃圾回收

1、JVM技术概览

自适应编译器、快速的内存分配和垃圾收集、线程同步

2、编译控制

2.1、写指令

· 编译器控制选项

Table 2-1 Common Options

Table 2-2 C2 Exclusive Options

· 写指令文件

1. 创建一个. json文件扩展。指令文件编写使用JSON的语法的子集，包含轻微的增加和偏差。

2. 组成模块:

   [  //Array of Directives
       {   //Directive Block
           //Directive 1
       },
       {   //Directive Block
           //Directive 2
       },
   ]

   示例：

   [  //Array of directives
       {   //Directive Block
           //Directive 1
           match: ["java*.*", "oracle*.*"],
           c1: {
               Enable: true,
               Exclude: true,
               BreakAtExecute: true,
           },
           c2: {
               Enable: false,
               MaxNodeLimit: 1000,
           },
           BreakAtCompile: true,
           DumpReplay: true,
       },
       {   //Directive Block
           //Directive 2
           match: ["*Concurrent.*"],
           c2: {
               Exclude:true,
           },
       },
   ]

· 写编译指令

1. 模板

       {
           match: [],
           c1: {
               //c1 directive options
           },
           c2: {
               //c2 directive options
           },
           //Directive options applicable to all compilers
       },

2. 参数

    match: ["java*.*", "oracle*.*"],

3. 配置c1编译器属性

           c1: {
               Enable: true,
               Exclude: true,
               BreakAtExecute: true,
           },

4. 配置c2编译器属性

           c2: {
               Enable: false,
               MaxNodeLimit: 1000,
           },

5. 配置编译器通用属性

           BreakAtCompile: true,
           DumpReplay: true,

6. 清理文件

• 检查重复执行选项。
• 避免在公共选项中写c1-exclusive或c2-exclusive选项。
• 如果c1或c2没有属性对应的指令选项，省略该编译器的属性语法。

示例：

    {
        match: ["java*.*", "oracle*.*"],
        c1: {
            Enable: true,
            Exclude: true,
            BreakAtExecute: true,
        },
        c2: {
            Enable: false,
            MaxNodeLimit: 1000,
        },
        BreakAtCompile: true,
        DumpReplay: true,
    },

简化：

    {
       "match": "*Concurrent.*",
        c2: {
            "Exclude": true,
        }
    },

· 写编译器指令的方法模板

 ccstr 方法模板

1. package/class.method(parameter_list).

   java/lang/String.indexOf()

   其他格式

• java/lang/String.indexOf()
• java/lang/String,indexOf()
• java/lang/String indexOf()
• java.lang.String::indexOf()

1. 通配符*
   • java/lang/String.indexOf*
   • *lang/String.indexOf*
   • *va/lang*.*dex*
   • java/lang/String.*
   • *.*
2. 签名不能包含通配符
3. 可选：写一个方法模式伴随内联指令选项,必须用前缀附加字符的方法模式。

· 编写内联指令选项

• inline: ["+java/lang*.*", "-sun*.*"]
• inline: "+java/lang*.*"

· 防止重复使用选项

使用 Enable 选项隐藏指令

改进前：

[
    {
        match: ["java*.*"],
        c1: {
            BreakAtExecute: true,
            BreakAtCompile: true,
            DumpReplay: true,
            DumpInline: true,
        },
        c2: {
            MaxNodeLimit: 1000,
        },
    },
    {
        match: ["oracle*.*"],
        c1: {
            BreakAtExecute: true,
            BreakAtCompile: true,
            DumpReplay: true,
            DumpInline: true,
        },
        c2: {
            MaxNodeLimit: 2000,
        },
    },
]

改进后

[
    {
        match: ["java*.*"],
        c1: {
            Enable: false,
        },
        c2: {
            MaxNodeLimit: 1000,
        },
    },
    {
        match: ["oracle*.*"],
        c1: {
            Enable: false,
        },
        c2: {
            MaxNodeLimit: 2000,
        },
    },
    {
        match: ["java*.*", "oracle*.*"],
        c1: {
            BreakAtExecute: true,
            BreakAtCompile: true,
            DumpReplay: true,
            DumpInline: true,
        },
        c2: {
            //Unreachable code
        },
    },
]

2.2、理解指令

· 默认指令

Directive: (default)
 matching: *.*
 c1 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:false BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:80000

 c2 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:false BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:80000

· 修改指令

[
    {
        match: ["*Concurrent.*"],
        c2: {
            MaxNodeLimit: 1000,
        },
        Exclude:true,
    },
]

•   示例

Directive:
 matching: *Concurrent.*
 c1 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:true BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:80000 

 c2 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:true BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:1000 


Directive: (default)
 matching: *.*
 c1 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:false BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:80000 

 c2 directives:
  inline: -
  Enable:true Exclude:false BreakAtExecute:false BreakAtCompile:false Log:false PrintAssembly:false PrintInlining:false PrintNMethods:false BackgroundCompilation:true ReplayInline:false DumpReplay:false DumpInline:false CompilerDirectivesIgnoreCompileCommands:false DisableIntrinsic: BlockLayoutByFrequency:true PrintOptoAssembly:false PrintIntrinsics:false TraceOptoPipelining:false TraceOptoOutput:false TraceSpilling:false Vectorize:false VectorizeDebug:0 CloneMapDebug:false IGVPrintLevel:0 MaxNodeLimit:80000

指令应用于代码基于方法匹配的过程。每个方法提交编译与指令堆栈的指令对应。

匹配方法：Compiler Broker匹配指令堆栈中的指令。

方法匹配过程：

当一个方法提交编译时，将方法的完全限定名称与指令堆栈匹配。找到的第一个匹配应指令用于此方法，剩余的指令堆栈被忽略。如果未找到匹配，则使用默认的指令。

活跃指令与应用指令的区别在于：

• 一个指令在指令堆栈中出现则为活跃指令

• 一个指令应用于代码则为应用指令

示例：

public int exampleMethod(int x){
        return x;
}

以下指令2为应用指令

Directive 2:
 matching: *.*example*
Directive 1:
 matching: *.*exampleMethod*
Directive 0: (default)
 matching: *.*

没有找到匹配指令的例子：

public int otherMethod(int y){
        return y;
}

以下指令0位应用指令

Directive 2:
 matching: *.*example*
Directive 1:
 matching: *.*exampleMethod*
Directive 0: (default)
 matching: *.*

编写新指令：

• 没有提供反馈机制来验证该指令应用于给定的方法。相反，一个分析器例如JMX用来测量应用指令的累积效应。

• CompilerBroker忽略会造成不好结果的指令选项，如平台不提供支持的硬件指令。会显示一条警告消息。

• 指令选择有相同的限制作为典型的命令行标记

· 编译器控制和向后兼容性

CompileCommand 和 command-line flags 可以独立于Compiler Control directives 使用

优先级：

1. Compiler Control

2. CompileCommand

3. Command-line flags

4. Default values

混合Compiler Control 和 CompileCommand示例：

• Compiler Control:

  • Exclude: true

  • BreakAtExecute: false

• CompileCommand:

  • BreakAtExecute: true

  • BreakAtCompile: true

• Default values:

  • Exclude: false

  • BreakAtExecute: false

  • BreakAtCompile: false

  • Log: false

结果：

• Exclude: true

• BreakAtExecute: false

• BreakAtCompile: true

• Log: false

2.3、使用指令文件命令

· 编译器指令和命令行

可以使用命令行界面在启动程序时添加和打印编译器指令。

只能在命令行中指定一个指令文件。 该文件中的所有指令都将添加到指令堆栈中，并在程序启动时立即生效。 通过在命令行添加指令，可以在程序的早期阶段测试指令的性能影响。 还可以专注于调试和开发程序。

通过命令行添加指令

以下命令行选项指定指令文件：

XX:CompilerDirectivesFile=file

启动Java程序时包括此命令行选项。 以下示例显示了此选项，启动TestProgram:

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:CompilerDirectivesFile=File_A.json TestProgram

在示例中：

• -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 启用诊断选项，在命令行添加指令之前，必须输入此命令。

• -XX:CompilerDirectivesFile 指定要添加到指令堆栈的一个指令文件

• File_A.json 是一个指令文件，该文件可以包含多个指令，所有指令在程序启动时都会添加到活动的指令堆栈中。

• 如果 File_A.json 包含语法错误或格式错误的指令，则会显示错误消息， TestProgram 不会启动。

通过命令行打印指令:

在程序启动时或通过诊断命令添加其他指令时自动打印指令堆栈：

-XX:+CompilerDirectivesPrint

在命令行中包含此诊断命令：

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+CompilerDirectivesPrint -XX:CompilerDirectivesFile=File_A.json TestProgram

· 编译器指令和诊断命令

可以使用诊断命令来管理在运行时处于活动状态的指令。 可以在不重新启动正在运行的程序的情况下添加或删除指令。

制作单个完美指令文件可能需要一些迭代和实验。 诊断命令提供了强大的机制，用于在指令堆栈中测试指令的不同配置。 诊断命令允许添加或删除指令，而无需重新启动正在运行的程序的JVM。

获取Java进程标识号（Process Identification Number）

要测试指令，您必须找到正在运行的程序的处理器标识符（PID）编号。

1. 打开终端
2. 输入 jcmd 命令

 jcmd 命令返回正在运行的Java进程的列表及其PID编号。如 TestProgram :

11084 TestProgram

通过诊断命令添加指令

可以通过以下诊断命令将文件中的所有指令添加到指令堆栈中。

jcmd pid Compiler.directives_add file

示例：

jcmd 11084 Compiler.directives_add File_B.json

终端报告添加的各个指令的数量。 如果指令文件包含语法错误或格式错误的指令，则会显示错误消息，并且不会将文件中的指令添加到堆栈中，也不会对正在运行的程序进行任何更改。

通过诊断命令删除指令

从指令堆栈中删除最顶层的单个指令：

jcmd pid Compiler.directives_remove

要清除添加到指令堆栈的每个指令：

jcmd pid Compiler.directives_clear

无法指定要删除的整个指令文件，也无法通过任何其他方式批量删除指令。

通过诊断命令打印指令
可以使用诊断命令来打印正在运行的程序的指令堆栈。
打印完整指令堆栈的详细说明：

jcmd pid Compiler.directives_print

· 指令堆栈中的指令顺序

指令文件和指令中指令的顺序非常重要。 堆栈中最顶层，最佳匹配的指令具有高优先级，并应用于代码编译。

以下示例说明了示例指令堆栈中指令文件的顺序:

• File_A contains Directive 1 and Directive 2.

• File_B contains Directive 3.

• File_C contains Directive 4 and Directive 5.

使用或不使用指令启动应用程序

启动 TestProgram 不包含指令文件：

• 启动 TestProgram 

  java TestProgram

• 默认指令始终是指令堆栈最底层的指令。Figure 2-1 显示了将 Directive 0作为默认指令。 如果未指定指令文件，则默认指令也是最顶层的指令，将获得优先级。

• Figure 2-1 不指定指令情况下启动程序

启动 TestProgram 包含指令文件：

• 启动 TestProgram 包含 File_A.json 指令文件

  java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:CompilerDirectivesFile=File_A.json TestProgram

• TestProgram 启动，指令文件 File_A 被添加到指令堆栈， 指令文件最顶层的指令成为指令堆栈中最顶层的指令。

• Figure 2-2 显示指定堆栈顺序从上到下为 [1, 2, 0].

• Figure 2-2 指定指令情况下启动程序

将指令添加到正再运行的应用程序:

可以通过诊断命令将指令添加到正再运行的应用程序。

• 将指令文件 File_B 中的指令添加到指令堆栈

  jcmd 11084 Compiler.directives_add File_B.json

•  File_B 中的指令将会添加到指令堆栈的顶部

• Figure 2-3 显示指定堆栈顺序从上到下为  [3, 1, 2, 0].

• Figure 2-3 将指令添加到正再运行的应用程序

将多个指令添加到正再运行的应用程序:

• 将指令文件 File_C 中的指令添加到指令堆栈

  jcmd 11084 Compiler.directives_add File_C.json

• Figure 2-4 显示指定堆栈顺序从上到下为[4, 5, 3, 1, 2, 0].

• 将 Directive 4 从指令堆栈中删除

• Figure 2-4 将多个指令添加到正再运行的应用程序

从指令堆栈删除指令:

可以通过诊断命令从指令堆栈中删除最顶层的指令。

jcmd 11084 Compiler.directives_remove

• 删除多个指令时，重复删除操作即可。不能删除默认指令。

• Figure 2-5 显示指定堆栈顺序从上到下为 [5, 3, 1, 2, 0].

清空指令堆栈中的指令

• 清空指令堆栈中的指令

  jcmd 11084 Compiler.directives_clear

• 除了默认指令外的所有指令将被清空

• Figure 2-6 显示指定堆栈只剩 Directive 0 。

• Figure 2-6 清空指令堆栈中的指令

3、垃圾回收

详见：https://blog.csdn.net/www_changer/article/details/82584678