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Java `GraalVM` `Substrate VM` `Native Image` 编译原理与 AOT 优势

Hello 各位，今天咱们聊聊GraalVM Native Image，让你的Java飞起来！ 大家好，我是老码农，今天咱们要聊点儿硬核的，关于Java的编译优化，特别是GraalVM Native Image。这东西能把你的Java程序变成火箭，嗖的一声就飞起来了，绝对让你眼前一亮！ 咱们先从Java的运行原理说起，然后一步一步深入到GraalVM Native Image的世界。 Java 的运行原理：从源码到执行 Java程序运行，大致要经过以下几个步骤： 编写Java代码： 也就是我们写的.java文件。 编译成字节码： 使用javac编译器，将.java文件编译成.class文件，里面是JVM可以理解的字节码。 JVM加载和执行： JVM（Java Virtual Machine）负责加载.class文件，解释或编译（JIT）字节码，然后在操作系统上运行。 简单来说，就像是：你（程序员）写了一份菜谱（.java文件），厨师（javac编译器）把菜谱翻译成烹饪指令（.class文件），然后真正的厨师（JVM）按照指令做菜（执行程序）。 这个过程中，JVM扮演了非常重要的角色，它 …

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Java `JVMTI` (JVM Tool Interface) 开发：实现自定义 `Profiler` 或 `Debugger`

各位听众，大家好！ 今天咱们来聊聊Java界的“黑科技”—— JVMTI。 别害怕，这玩意儿听起来高大上，实际上就是JVM提供的一套API，允许我们编写自定义的Profiler和Debugger，深入JVM内部，像个侦探一样，挖掘程序运行的秘密。 咱们的目标是，让大家听完之后，能对JVMTI有个初步的认识，知道它能干啥，怎么干，并且能动手写一些简单的例子。 一、JVMTI 是个啥？ JVMTI（JVM Tool Interface）是JVM提供的一套本地接口，允许开发人员编写工具来监视和控制JVM的执行。可以把它想象成JVM开放给外部世界的后门，允许我们“窥探”和“操控”JVM的行为。 功能强大： 可以监视线程状态、内存使用、类加载、方法调用等等，几乎你能想到的JVM内部信息，它都能提供。 本地接口： 使用C/C++编写，性能更高，因为直接与JVM底层交互。 事件驱动： 基于事件机制，当JVM发生特定事件（比如类加载、方法进入、异常抛出等）时，会通知我们的工具。 二、JVMTI 能干啥？ JVMTI 用途广泛，常见的应用场景包括： 性能分析（Profiling）： 收集程序运行时的各种 …

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Java `Safepoints` `Stop-the-World` (STW) 机制与 `JVM` 停顿原因

各位观众老爷们，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Java虚拟机里那些让人又爱又恨的“暂停时刻”——Safepoint和Stop-the-World。别怕，这玩意儿虽然听起来玄乎，但其实就像你打游戏时的“存档点”，只不过是JVM在默默地帮你存档，然后悄悄地干点活儿。 开场白：JVM的“小憩”与“深度睡眠” 想象一下，JVM就像一个不知疲倦的工人，日夜不停地运行你的Java代码。但是，再牛的工人也需要休息，需要偶尔停下来整理工具，打扫卫生，甚至需要来个深度睡眠，好好检修一下机器。这些“休息”和“睡眠”，就是我们今天要说的Safepoint和Stop-the-World。 Safepoint，我们可以理解为JVM的“小憩”，它允许JVM在特定的代码位置安全地暂停所有线程，进行一些必要的操作，比如垃圾回收（GC）、偏向锁撤销等等。而Stop-the-World（STW），则是JVM的“深度睡眠”，在这个期间，所有用户线程都会被暂停，直到JVM完成一些重要的任务，比如Full GC。 Safepoint：JVM的“存档点” 先说说Safepoint。这玩意儿就好比你玩游戏时的存档点。JV …

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Java `Escape Analysis` (`逃逸分析`) 与 `Scalar Replacement` (`标量替换`) 优化堆内存分配

各位观众老爷们，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Java虚拟机里两个挺有意思的优化：逃逸分析（Escape Analysis）和标量替换（Scalar Replacement）。这俩哥们儿，一个负责侦查，一个负责拆家，配合好了能让咱们的程序跑得更快，更省内存。 开场白：内存分配的烦恼 话说当年，Java刚出道的时候，大家都觉得这玩意儿好是好，就是有点费内存。为啥？因为Java里new出来的对象，默认都是往堆（Heap）里扔的。堆是个好地方，空间大，自由度高，但也是个慢吞吞的地方。频繁地在堆里分配和回收内存，开销可不小。就像你天天去高档餐厅吃饭，虽然菜好吃，钱包也受不了啊！ 为了解决这个问题，Java虚拟机（JVM）的工程师们就开始琢磨，能不能想个办法，让一些对象“逃离”堆的魔爪，在栈上分配，甚至直接变成基本类型，这样就能省下不少内存分配和垃圾回收的开销。于是乎，逃逸分析和标量替换就应运而生了。 第一幕：逃逸分析——对象的侦察兵 逃逸分析，顾名思义，就是分析一个对象是否会“逃逸”出当前方法或者线程。啥叫逃逸呢？简单来说，就是这个对象的作用范围超出了方法或者线程的边界。如果一个对象 …

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Java `Object Layout` (`Object Header`, `Mark Word`, `Klass Pointer`) 与内存对齐

各位观众老爷，晚上好！我是你们今晚的 Java 内存布局导游，今天咱们不聊诗和远方，就聊聊你写的对象在 JVM 里面是怎么安家的。 开场白：对象，你的家在哪里？ 咱们 Java 程序员，天天 new 对象，new 得不亦乐乎。但是，你有没有想过，new 出来的对象，它住在哪里？它的房间长什么样？邻居都是谁？今天，我们就来扒一扒 Java 对象的底裤，啊不，是内存布局。 第一站：对象的基本结构——三室一厅 Java 对象在堆内存里，至少有这么三部分： 对象头 (Object Header): 这是对象的门牌号，记录着对象的身份信息。 实例数据 (Instance Data): 这是对象真正存储数据的地方，也就是对象的属性。 对齐填充 (Padding): 这是为了让对象的大小是 8 字节的倍数，方便 CPU 读取，就像装修房子的时候，为了美观做的填缝一样。 我们暂且把它们比作“三室一厅”。对象头是客厅，实例数据是卧室，对齐填充是卫生间（虽然有点不雅，但是形象啊！）。 第二站：客厅——对象头 (Object Header) 对象头是重中之重，它包含了两部分： Mark Word: 这玩意儿 …

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Java `Bytecode` `JVMTI` / `ASM` / `Javassist` 动态字节码生成与修改

各位观众老爷，晚上好！今天咱们聊聊Java界里“改头换面”的魔法——动态字节码生成与修改。这玩意儿听起来高深莫测，但实际上，只要掌握了方法，你也能成为代码世界的“整形大师”。 开场白：什么是字节码？为什么要改？ 想象一下，你的Java代码写得龙飞凤舞，但最终它会被编译成一种叫做“字节码”的中间语言，存放在.class文件里。JVM（Java虚拟机）就像一个翻译官，专门负责把这些字节码翻译成机器能懂的指令，让你的程序跑起来。 那为什么要修改字节码呢？原因有很多，就像人要化妆一样： AOP（面向切面编程）： 在不修改原有代码的情况下，添加额外的功能，比如日志记录、性能监控等。这就像给程序戴上一副“监控眼镜”，但程序本身并不知道。 热部署/动态代理： 在运行时修改类的行为，实现更灵活的更新和扩展。这就像给程序换一个“大脑”，让它瞬间学会新技能。 代码注入： 植入恶意代码（当然，我们这里只研究正面的用法，比如调试）。这就像给程序注射一剂“兴奋剂”，让它暴露更多信息。 代码增强： 优化性能、增加安全检查等。这就像给程序穿上一层“防弹衣”，让它更强壮。 主角登场：JVMTI、ASM、Javassi …

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Java `Class Loading` 机制：`Bootstrap`, `Extension`, `Application` `ClassLoaders` 与双亲委派模型

各位观众，欢迎来到今天的“Java类加载奥秘大揭秘”讲座！我是你们今天的导游，将带领大家深入探索Java虚拟机（JVM）中神秘的类加载机制。准备好了吗？让我们一起揭开它的面纱！ 一、 类加载机制：Java程序的灵魂引擎 想象一下，Java程序就像一栋大楼，而类就是构成这栋大楼的砖块。但是，这些砖块一开始并不在工地上，而是藏在各种各样的文件里（.class文件）。类加载机制，就是负责把这些砖块从文件里搬运到工地上，并且按照一定的规则组装成大楼（运行时的Java程序）。 简单来说，类加载机制就是JVM动态加载class文件到内存，并进行校验、准备、解析和初始化的过程。这个过程让Java拥有了动态性，可以按需加载类，而不是一次性加载所有类，大大提高了程序的灵活性和效率。 二、 类加载器：搬运砖块的工人 既然类加载机制负责搬运砖块，那么谁来执行具体的搬运工作呢？答案就是类加载器（ClassLoader）。类加载器就像一群辛勤的工人，他们负责查找并加载类文件，并将类定义信息加载到JVM中。 Java提供了多种类加载器，它们各司其职，共同完成类加载任务。其中，最核心的是以下三种： 启动类加载器 ( …

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Java `Memory Model` (JMM) `Happens-Before` 规则与并发编程中的可见性、有序性保证

各位靓仔靓女，晚上好！我是你们今晚的并发编程向导，今天咱们要聊聊Java内存模型（JMM）中的“Happens-Before”规则。这玩意儿听起来挺高大上，但其实就是告诉你，在并发编程中，哪些操作“一定”发生在哪些操作之前。搞清楚它，你才能写出靠谱的多线程代码，避免那些神出鬼没的Bug。 一、开场白：并发编程的灵魂拷问 想象一下，你和你的小伙伴同时往一个账户里存钱。你存了100，他存了200。理想情况下，账户最终应该有你们的总和，也就是300。但如果你们的代码没写好，并发执行的时候，可能出现各种奇葩情况： 账户最后只有100？ 账户最后竟然是0？ 偶尔是300，偶尔不是？ 这些都是并发编程中常见的“数据竞争”问题。问题的根源在于： 可见性： 你的小伙伴存了钱，你真的能立即看到账户的变化吗？ 有序性： 你的代码是按照你写的顺序执行的吗？编译器和CPU可能会优化你的代码，导致执行顺序和你想象的不一样。 JMM就是用来解决这些问题的。它定义了一套规则，告诉编译器和CPU，哪些事情必须保证可见性，哪些事情必须保证有序性。而“Happens-Before”规则，就是这套规则的核心。 二、什么是H …

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Java `Garbage Collection` `GC Cycles` `Parallel`, `Concurrent`, `Garbage-First (G1)`, `ZGC`, `Shenandoah` 调优

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊Java垃圾回收（GC）那些事儿。这玩意儿就像你家里的保洁阿姨，你不关心她怎么干活，但家里干净整洁了，你住着也舒服。GC也是一样，它自动管理内存，让你的程序不用操心内存泄漏，爽歪歪！但如果阿姨偷懒了，家里脏兮兮，你的程序也就卡卡的。所以，了解GC，优化GC，就是让你的阿姨更勤快！ 一、啥是垃圾，啥是垃圾回收？ 首先，我们要搞清楚什么是垃圾。在Java的世界里，垃圾就是那些不再被引用的对象。就像你买了包薯片，吃完了，包装袋就成了垃圾。 public class GarbageExample { public static void main(String[] args) { // 创建一个对象 Object obj = new Object(); // 将 obj 设置为 null，此时 obj 指向的对象就变成了垃圾 obj = null; // 此时，GC 可能会回收之前 obj 指向的对象 System.gc(); // 仅仅是建议 GC 运行，不保证立即执行 } } 这段代码里，obj = null; 之后，之前obj指向的new Object …

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Java `JIT Compilation` `Deoptimization` `Trace` 分析与代码降级原因

各位观众老爷，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Java JIT编译里那些让人又爱又恨的小秘密，特别是关于“Deoptimization”这事儿。保证让各位听得懂、记得住，还能拿去吹牛皮！ 开场白：JIT，你这磨人的小妖精！ 话说Java虚拟机（JVM）这玩意儿，刚开始执行代码的时候，那叫一个慢吞吞，就像老牛拉破车，吭哧吭哧的。为啥？因为它是解释执行，一行一行地把字节码翻译成机器码。这效率，简直没法看。 这时候，JIT（Just-In-Time）编译器闪亮登场了！它就像个辛勤的小蜜蜂，在程序运行的时候，偷偷地把那些经常执行的代码（热点代码）编译成本地机器码，直接让CPU执行，速度嗖嗖地往上涨。 但是！人生不如意事十之八九，JIT也不是万能的。有时候，它好心办坏事，把代码优化了一通，结果发现优化错了，或者运行环境变了，之前的优化不适用了。这时候，就得把优化过的代码“降级”回去，重新解释执行。这个过程，就叫做“Deoptimization”，也就是我们今天要重点讨论的“去优化”或者“反优化”。 第一幕：JIT编译，你得了解它在干啥 要理解Deoptimization，首先得知道JIT …

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