Imergindo Na Jvm

1. Introduction2. FalandoumpoucosobreJVM3. Sequerespreverofuturo,estudaopassado

i. HistóricodaJVMi. JDKAlphaeBeta(1995)ii. JDK1.1(19defevereirode1997)iii. J2SE1.2(8dedezembrode1998)iv. J2SE1.3(8demaiode2000)v. J2SE1.4(6defevereirode2002)vi. J2SE5.0(30desetembrode2004)vii. JavaSE6(11dedezembrode2006)viii. JavaSE7(28dejulhode2011)ix. JavaSE8(18demarçode2014)

4. FuncionamentobásicodaJVM5. RegistradoresdaJVM

i. ProgramCounterii. JavaStack(Javavirtualmachinestack)

i. StackFrame)i. Stackvariablesii. StackOperandiii. FrameData

iii. NativeMethodStacksiv. MethodAreav. Vendoosconceitosnapráticavi. HeapSpacevii. Cachedecódigo

i. JustInTime(JIT)Compilationviii. Recapitulando

6. ByteCodesi. Carregaresalvarinformaçõesii. Operaçõesaritméticasiii. Conversãodevaloresiv. Criaçãoemanipulaçãodeobjetosv. Instruçõescondicionaisvi. Chamadademétodoseretornodevaloresvii. Classesapóscompilação

7. Ciclodevidadeumaclasse8. GarbageCollector

i. ImplementaçãoSerialii. ImplementaçãoParaleloiii. ImplementaçãoConcurrentiv. ImplementaçãoIncrementalConcurrentv. ImplementaçãoGarbageFirst

9. InterfaceNativaJava10. OprojetoOpenJDK

Tabeladeconteúdos

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CertamenteoJavaéatualmenteumadaslinguagensmaisusadaseumadasmaispopularesnomundo,sendoqueoseumaiordiferencialnãoestánalinguagemesimnaJVM(MáquinavirtualJava).Conheçaumpoucomaissobreessemotor,seufuncionamentoesuaarquiteturaparatirarmelhorproveitodelaemsuasaplicações,alémdeconhecerumpoucosobreaimplementaçãodereferênciaeopensourcedaJVM,oOpenJDK.OconteúdodesseE-bookfalarásobre:

osregistradoresdaJVMAinterfacedoJavacomcódigonativo,JNI,presenteemdiversospontosdoJVM,dentreeles,oNIOeGargabeCollector,OfuncionamentobásicodoGarbageCollectorComocompilaroOpenJDKByteCodeeoseufuncionamentoEmuitomais!

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3Introduction

CertamenteoJavaéatualmenteumadaslinguagensmaisusadasepopularesnomundo,sendoqueoseumaiordiferencialnãoestánalinguagemesimnaJVM,máquinavirtualJava.AJVMvemsendoalvodemuitosestudosepesquisas,afinalconhecerbemaJVMvaigarantiraodesenvolvedorJava,maneirasparatiraromelhorproveitodalinguagemedaplataformaalémdeprogramardemaneiramaiseficientelevandoemconsideraçãotudooqueaJVMpodefazerporeleeajudandoamesmaateajudar.Comesseobjetivoestoucriandoessepequenotexto,ajudaracomunidadebrasileiraaconheceraJVM.

EssematerialéfrutodosmeustrabalhosjuntocomoOpenJDK.AJVMopensourcee,apartirdaversão7,setornouaimplementaçãodereferência.Aocontráriodoquemuitaspessoasimaginam,existemmilhõesdemáquinasvirtuais,dentreasmaispopularesestáaHotSpot(tambémconhecidacomoaJVMdaOracle).OOpenJDKéumprojetoévivocomajudademuitasempresas(Oracle,Intel,RedHat,AMD,Google,etc.),masprincipalmentecomagrandeajudadacomunidade,quedentreasdiversasfrentesdetrabalhoqueexistempodemosdestacaroAdoteoOpenJDKquevisaaevoluçãodaplataformaedoJavaLivre(ajudandonarefatoração,evangelizandosobreoOpenJDK,identificandoecorrigindobugs).

Parafacilitaroentendimentodoleitoressetrabalhofoidivididoemseispartes:

AprimeirafalaráumpoucosobreoJava,fazendoadevidaseparaçãoentrelinguagem,plataformaemáquinavirtualalémdefalarumpoucosobreahistóriadoJavaedasuaevoluçãojuntocomasversões.

EmseguidasefalarásobreofuncionamentobásicodaJVM,faráadistinçãobásicaentreoJavalinguagemedamáquinavirtual,jáqueaúltimaprecisasercompiladaparaquealinguagemsejamultiplataforma,ociclodevidadaJVMedosprocessosemparaleloquenascemcomumaaplicaçãoJava.

SaberaondeficacadainformaçãodentrodaJVMeonomedosseusrespectivosregistradores.Seráoalvodessaterceirapartedotrabalho.SaberáquaisregistradoresserãocompartilhadosportodasasThreadseaquelesquenãoserão,assimnascememorremcomasuarespectivaThread.

Obytecode,alinguagemdaMáquinavirtual,poucoéexplicadosobreela,massãograçasaosseusopcodesqueaJVMémultiplataforma.NessaparteseveráquãodiferenteéoseucódigoemJavaedoprodutogerado,obytecode,alémdaestruturaqueaclasseadquireapósoprocessodecompilação.

AJVMconsisteemumprocessobásicodepegarainformaçãodaclasse,gerarstreamparadentrodaJVM(Naturalmentenamemóriaprincipal)eexecutá-lootornandoemcódigonativo,esseprocessodecarregarumaclasseéfeitaemtempodeexecução,ouseja,sóécarregadaaclasseXnomomentoemqueelaforchamada,nãobastaestarapenasnoimport,casoessaclassetenhaumpaiouimplementeinterfaceselasserãocarregadasantesdessaclasseX.Todaclassepossuiumciclodevidaeconheçaumpoucomaissobreesteciclonapartenúmerocinco.

UmgrandediferencialdaJVMéorecursodegerenciamentoautomáticodamemória,esseprocessoconsistememmatarerecuperarmemóriadeobjetosquenãoestãomaissendoutilizados,esseéopapeldoGarbageCollector.Conheçaumpoucomaissobreasimplementaçõeseemquaissituaçõeselassãomaisaconselhadas.

ParafinalizarserádemonstradaumavisãopráticadoJNIedoprojetoOpenJDKalémdosconceitosdecompilaraJVM.

FalandoumpoucosobreJVM

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4FalandoumpoucosobreJVM

JVM,javavirtualmachineoumáquinavirtualjava,temsuahistóriainciadaem1992.OGreenProjectnaépocaalinguagemeradenominadadeoak.Comopassardotempoamáquinavirtualfoievoluindoeficandocadavezmaiscomplexa.AlinguagemJavapossuiumasintaxesimilaraoC++,elepodeserusadodeváriasmaneiraseéorientadoaobjetosesetornoupopularemconjuntocomaweb.AJVMfuncionacomooalicercedaplataformaJavaficandoresponsávelportratartodasasplataformaseSistemasOperacionaisdemodoindependenteparaalinguagem.AJVMnãoconheceabsolutamentenadadalinguagemJava,apenasoseubytecode,quevemnoformato.class,quesãoasinstruçõesdaJVM(daíapossibilidadedeportaroutraslinguagensparaaJVMjáqueelenãorodaJavaesimobytecode).Esseclasséocódigocompiladoemjavaerepresentaumaclasseouinterfaceemjava.

DoseuinícioatéapresentedataoJavatevediversasversões.EssasmodificaçõessãogerenciadaspeloJCP,JavaCommunityProcess(ocomitêqueregeasmudançasdaplataformajavacomcercade30empresas),apartirdeJSRs,JavaSpecificationRequests,especificaçõesquefornecemtaismodificaçõesemelhorias.AdocumentaçãodalinguagemficanoJSL,JavaLanguageSpecification,documentaçãodaJVMficaJavaVirtualMachineSpecification.

Sequerespreverofuturo,estudaopassado

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5Sequerespreverofuturo,estudaopassado

AntesdesefalardosaspectosdoJava,comolinguagem,plataformaemáquinavirtualéinteressanteconhecerumpoucosobreaevoluçãoqueoJavavemsofrendo.Oprojetonasceuem1995eapartirdestadataveiosofrendoconstanteevoluçãocomajudadeempresasedacomunidade.

HistóricodaJVM

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6HistóricodaJVM

Nasversõesalfasebetassetiveramumamáquinainstável.1.1.2-JDK1.0(23dejaneirode1996)

ComocódigonomeOak,quetambémfoioprimeironomedalinguagem.Naversão1.0.2foilançadoaprimeiraversãoestável.

JDKAlphaeBeta(1995)

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7JDKAlphaeBeta(1995)

GrandesmelhoriaserefatoraçõesnosmodelosdeeventodoAWTInnerclassadicionadoalinguagemJavaBeansJDBCRMIReflectionquesuportavaapenasintrospecçãoapenas,nenhumamodificaçãoemtemporealerapossível.

JDK1.1(19defevereirode1997)

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8JDK1.1(19defevereirode1997)

ComocodinomePlaground.EssaeasoutrasversõesforamdenominadasdeJava2,J2SEJava2Platform,StandardEdition,Houvemodificaçõessignificantesnessaversãotriplicandoocódigopara1520classesem59pacotesincluindo:

Apalavra-chavestrictfpAapidoSwingforamintegradosaoCoreAdicionandooJITcompiladorJavaPlug-inJavaIDL,umaimplementaçãoCORBAIDLparainteroperabilidadeCollectionsframework

J2SE1.2(8dedezembrode1998)

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9J2SE1.2(8dedezembrode1998)

ComocodinomeKestrel,asmodificaçõesmaisimportantesforam:

HotSpotJVMincluído(aJVMHotSpotfoilançadoemabrilde1999paraos1,2J2SEJVM).RMIfoimodificadoparasuportaracompatibilidadeopcionalcomCORBAJavaSoundJavaNamingandDirectoryInterface(JNDI)incluídoembibliotecascentraisJavaPlatformDebuggerArchitecture(ACDP)Sintéticosclassesdeproxy

J2SE1.3(8demaiode2000)

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10J2SE1.3(8demaiode2000)

ComocodinomeMerlin,foiaprimeiraversãoparaaplataformadesenvolvidapeloJCPcomoaJSR59:

Apalavra-chaveassert(JSR41)ExpressõesregularesEncadeamentodeexceçãopermiteumaexceçãodemaiornívelencapsuleumaexceçãodemenornível.SuporteaoProtocolodeinternetversão6(IPv6)ChamadasdeIO(chamadodeNIO)novosInput/Output(JSR51)APIdeloggin(JSR47)APIparalereescreverimagensinformatoscomoJPEDePNGIntegraçãocomoXMLeXSLT(JAXP)naJSR63Novasintegraçõescomextensõesdesegurançaecriptografia(JCE,JSSE,JAAS).JavaWebStartincluído(JSR56).APIdepreferências(java.util.prefs)

J2SE1.4(6defevereirode2002)

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11J2SE1.4(6defevereirode2002)

ComocodinomeTiger,foidesenvolvidanaJSR176,teveseufinaldevidaem8deabrilde2008eoencerramentodosuportedia3denovembrode2009.OTigeradicionousignificantesmelhoriasparaalinguagem:

Generics:(JSR14).Annotations:(JSR175)Autoboxing/unboxing:Conversãoautomáticaentreostiposprimitivoseasclassesencapsuladas(JSR201).Enumerations:(JSR201.)Varargs:foreachloopCorreçõesparaoJavaMemoryModel(QuedefinecomoThreadsinteragematravésdamemória).StaticimportsGeraçãoautomáticadostubparaobjetosRMINovolookandfeelparaoSwingchamadosynthUmpacoteutilitáriodeconcorrência(java.util.concurrent)AclasseScannerClasseScannerparaanalisardadosdeinputstreamsebuffers

J2SE5.0(30desetembrode2004)

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12J2SE5.0(30desetembrode2004)

ComocodinomeMustangue,nessaversãoaSunsubstituionome“J2SE”eremoveuo“.0”donúmerodaversão.EssaversãofoidesenvolvidanaJSR270.

SuportealinguagemdescriptJSR223):UmaAPIGenéricaparaintegraçãocomlinguagensscriptsefoiembutidoaintegraçãocomoMozillaJavaScriptRhino.SuporteaWebServiceatravésdoJAX-WS(JSR224)JDBC4.0(JSR221).JavaCompilerAPI(JSR199):umaAPIparapermitirchamarcompilaçãoprogramandoJAXB2.0MelhoriasnoAnnotations(JSR269)MelhoriasnoGUI,comoSwingWorker,tabelafiltradaeordenadaMelhoriasnaJVMincluindo:sincronizaçãoeotimizaçõesdocompilador,Melhoriasnoalgorismodocoletordelixo.

JavaSE6(11dedezembrode2006)

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13JavaSE6(11dedezembrode2006)

ComocodinomeDolphinpossuiomaiornúmerodeatualizaçãonoJava.Foilançadonodia7deJulhoefoidisponibilizadonodia28dejulhodomesmoano.

DaVinciMachine:SuporteparalinguagensdinâmicasProjetoCoinStringsinswitchAutomaticresourcemanagementintry-statementDiamondSimplifiedvarargsBinaryintegerliteralsNumericliteralsmult-tryNovopacoteutilitáriodeconcorrência:JSR166NIO2:novosbibliotecaparaIO

JavaSE7(28dejulhode2011)

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14JavaSE7(28dejulhode2011)

OJava8foientreguenodia18demarçode2014enessaversãofoiincluídaalgunsrecursosqueantesestavamplanejadosparaoJava7.OsrecursossubmetidosparaessaversãoforambaseadasempropostasdemelhoriasdoJDK,osJEPS.Dentreessasmelhoriaspodemosdestacar:

JSR223,JEP174:ProjetoNashorn,umexecutorruntimedeJavaScript,dessaformaépossívelJavaScriptdentrodaaplicação.EsseprojetotevecomoobjetivoatualizarserosucessordoRhino,usandoInvokeDynamicemvezdereflection.JSR335,JEP126:SuporteparaexpressõeslambdasJSR310,JEP150:DateandTimeAPIJEP122:RemoçãodoPermanentgeneration

JavaSE8(18demarçode2014)

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15JavaSE8(18demarçode2014)

NessecapítulofalaráumpoucodofuncionamentobásicodaJVMalémdasvariáveis.FalaráumpoucodocoraçãodalinguagemJava,asuaJVM.AJVMéresponsávelpelaindependênciaentreasplataformaserodabasicamentedoistiposdeprocessos:

OescritoemjavaquesãogeradosbytecodesOsnativosquesãorealizadosemlinguagenscomooC\C++quesãolinkadasdinamicamenteparaumaplataformaespecífica.

OsmétodosnativossãomuitointeressantesparaobterinformaçõesdoSOsendoutilizadoalémdeusarrecursosdamáquina.EéemfunçãodissoqueapesardealinguagemserRunAnyWhereaJVMnãoé,ouseja,paracadaplataformaexisteumamáquinavirtualespecífica.Issoacontece,porexemplo,parausarrecursosespecíficosdeumamáquina,porexemplo,existemchamadasparacadadiretórioearquivos.

OúnicoeprincipalmotivodaJVMérodaroaplicativo.QuandoseiniciaumaexecuçãoaJVMnasceequandoaaplicaçãoterminaelamorre.ÉcriadoumaJVMparacadaaplicação,ouseja,seexecutartrêsvezesomesmocódigoemuma

FuncionamentobásicodaJVM

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16FuncionamentobásicodaJVM

mesmamáquinaserãoiniciadas3JVMs.PararodarumaaplicaçãobastaquesuaclassepossuaummétodopúblicoeestáticocomonomemainetenhacomoparâmetroumvetordeString.

AoiniciarumaJVMexistemalgunsprocessosquerodamemparaleloseembackgrounseexecutamdiversasoperaçõeseprocessosparamanteraJVMsempredisponível:

OsTimersquesãoresponsáveispeloseventosqueacontecemperiodicamente,porexemplo,interrupções,elessãousadosparaorganizarosprocessosqueacontecemcontinuamente.OsprocessosdoGarbageCollectoréresponsávelporexecutarasatividadesdocoletordelixodaJVM.Compiladoresquesãoresponsáveisportransformarbytecodeemcódigonativo.Osouvintes,querecebemsinais(informações)etemcomoprincipalobjetivoenviaressasinformaçõesparaoprocessocorretodentrodaJVM.

FalandoumpoucomaissobreessesprocessosparalelosouThread,aJVMpermitequemúltiplosprocessosexecutemconcorrentemente,essarotinaemJavaestádiretamenterelacionadacomumaThreadnativa.TãologoumprocessoparaleloemJavanasça,osseusprimeirospassossão:

AlocaçãodememóriaSincronizaçãodosobjetosCriaçãodosregistradoresespecíficosparaamesmaeaalocaçãodaThreadnativa.

QuandoessarotinageraumaexceçãoapartenativaenviaessainformaçãoparaaJVMqueaencerra.QuandoaThreadterminatodososrecursosespecíficos,tantoparaemJavaquantoapartenativa,sãoentreguesparaJVM.

Comonalinguagem,aJVMoperaemdoistiposdedados:

1. Osprimitivos2. Osvaloresdereferência.

Amáquinaesperaquetodaaverificaçãoquantoaotipotenhasidofeitonomomentodaexecução,sendoqueostiposprimitivosnãoprecisãodetalverificaçãoouinspeçãojáqueelesoperamcomumtipoespecíficodeinstrução(porexemplo:iadd,ladd,fadd,edaddparainteiro,long,floatedoublerespectivamente).

AJVMtemsuporteparaobjetosquesãoouinstânciadeumaclassealocadadinamicamenteouumarray,essesvaloressãodotiporeference,oseufuncionamentoésemelhantedelinguagenscomoC/C++.

OstiposprimitivosexistentesnaJVMsão:

NuméricosBooleanoreturnAdress

Sendoqueostiposnuméricossãoosvaloresinteiroseflutuantes.

Nome Tamanho variação Valorpadrão Tipo

byte 8-bit -2⁷até2⁷ 0 inteiro

short 16-bits -2¹⁵até2¹⁵ 0 inteiro

integer 32-bits -2³²até2³¹ 0 inteiro

long 64-bits -2⁶³até2⁶³ 0 inteiro

char 16-bits UFT-8 '\u0000' inteiro

float 32-bits 0 flutuante

double 64-bits 0 flutuante

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boolean inteiro false booleano

returnAddress nulo ponteiro

Osformatosdepontoflutuantesãoofloat,comprecisãosimples,eodouble,comduplaprecisão.TantososvalorescomoasoperaçõesseguemoespecificadonopadrãoIEEEparaaritméticadepontoflutuantebinário(ANSI/IEEE.754-1985,NovaYork).Essepadrãonãoincluiapenasvalorespositivosenegativos,maszero,positivoenegativoinfinitoenãoumnúmero(abreviadocomoNanéutilizadopararepresentarvaloresinválidoscomodivisãoporzero).Porpadrão,asJVMsuportamesseformato,mastambémpodemsuportarversõesestendidasdedoubleefloat.

OreturnAdresséusadoapenaspelaJVM,nãopossuirepresentaçãonalinguagem,temseufuncionamentosimilaraponteirosediferentesdostiposprimitivosnãopodemsermodificadosemtempodeexecução.

NaJVMotipobooleanopossuiumsuportebemlimitado,nãoexisteminstruçõesparabooleano,naverdade,elessãocompiladosparausarostiposdeinstruçõesdointeoarraydebooleanosãomanipuladoscomoarraydebyte.Osvaloressãorepresentadoscom1paraverdadeiroe0parafalso.

Falandoumpoucosobreotipodereferência,existemtrêstipos:

1. classes2. array3. interfaces

OValordereferênciaéiniciadocomonull,onulonãoéumtipodefinido,maspodeserfeitocastparaqualquertipodereferência.

Recapitulando,existembasicamentedoistiposdedados:

PrimitivoseReferência.Asreferênciaspossuemosseussubtipos:classe,interfaceearray.OsprimitivospossuemreturnAdress,booleano,flutuantes(floatedoublededuplaesimplesprecisãorespectivamente),inteiros(short,byte,int,long,char).

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FaladoumpoucosobreostiposdedadosquesãoarmazenadosnaJVMeoseutamanho.Énecessáriotambémquesetenhaciênciadeondesãoarmazenadastaisinformações.AJVMusaregistradoresparaarmazenarváriascoisassendoqueparatodotipodedadoexisteumlocalespecífico.DuranteaexecuçãodeumprogramaexistemregistradosquesãocompartilhadosentretodaaJVMeoutrosquetemavisibilidadedaThreadcorrente.

RegistradoresdaJVM

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19RegistradoresdaJVM

OregistradorPC,Programcounter,écriadotãologoumaThreadécriada,ouseja,cadaThreadpossuioseu.Elepodearmazenardoistiposdedados:

1. Ponteirosnativos2. returnAdress

EssesdadospossueminformaçõesquantoainstruçãoqueestásendoexecutadapelaThread.SeométodoexecutadofornativooPCseráumponteiroenãotemoseuvalordefinido,docontrário,eleteráoendereçodeinstrução,oreturnAdress.

ProgramCounter

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20StackFrame)

AssimcomooPC,eleéumregistradorprivadoparacadaThread,esseregistradorarmazenaframes(queserávistoafrente).SeufuncionamentoésimilaralinguagensclássicascomooC,eleserveparaarmazenarvariáveislocaiseresultadosparciais,invocaçõeseresultadosdosmétodos.Elenãomodificaasvariáveisdiretamentesomenteinserindoeremovendoframesdoregistrador.TãologoacorrenteThreadchamaummétodoumnovoframeéinserindocontadoinformaçõescomoparâmetros,variáveislocais,etc.Assimquandoométodoterminadeumamaneiranormal,quandoacabaométodo,ouporinterrupção,quandoocorreumaexceçãodentrodométodo,esseframeédescartado.OJavaStackpodetertamanhofixooudeterminadodinamicamente.

JavaStack(Javavirtualmachinestack)

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21JavaStack(Javavirtualmachinestack)

Cadaframecontémumvetorparaarmazenarvariáveislocaiseosparâmetroseessetamanhoédefinidoemtempodeexecução.Nessevetorasvariáveisdoubleelongocupamdoiselementosdovetoresãoarmazenadosconsequentemente.VariáveisdotipointereturnAdressocupamumelementodessevetor(byte,shortecharsãoconvertidosparaint).Casoométodosejadainstância,nãosejaestático,oprimeiroelementodessevetorseráocupadopelainstânciaqueestáexecutandoessemétodoeemseguidaosparâmetros,naordemqueforampassados.Casoométodosejadaclasse,ométodosejaestático,Nãohaveráreferênciadainstânciaquechamaométodo,assimoprimeiroelementoseráosparâmetros.

Stackvariables

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Comoonomeindica,esseregistradorserveparaarmazenarasinstruçõesqueocorremdentrodométodo,comooregistradordevariáveislocaisosvaloressãoarmazenadosemumvetormasseusvaloresrecuperadospelaremoçãodoúltimoelementodovetoremvezdeserpeloíndice.EleébaseadonaestruturadedadosdePilha(Primeiroaentrarúltimoasair).Otamanhodasvariáveisacontecemdemaneirasemelhanteasvariáveislocais.

Pilhadeoperação,semelhanteaoseu“irmão”,suaunidadepossuiotamanhode32bits,seupasso-a-passosegueomesmodeumapilhaconvencional,oultimoqueentrarseráoprimeiroasair.Nesseexemploseráutilizadoasomadedoisinteiros(10e20).

Comoapilhadeoperaçãoécompostaporunidadede32bits,quandofordoubleoulongeleocuparáasduasunidadesseguidas,nesseexemplosãosomadosdoisdoubles(10.10e20.20)

StackOperand

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Essepequenoregistradorpossuiolinkdaconstantpooldaclassequeopossuiocorrentemétodoqueestásendoexecutado.

FrameData

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Possuifinalidadedearmazenarvariáveisevaloresnativos(métodosescritosemoutraslinguagens),écriadotãologoumaThreadéiniciadaetodasasThreadspossuemoseuregistrador.

NativeMethodStacks

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25NativeMethodStacks

Esseregistradortemafinalidadedearmazenarlogicamenteostreamdaclasse,essaáreaécompartilhadaentretodasasThreads.LogicamentefazpartedoHeapespace.PorserpartedoHeapelepossuiorecolhimentodememóriaautomático,GarbageCollector.Asclassescontémasseguintesinformações:

Oqualifieddaclasse(Oqualifedéoendereçodasuaclassequeédefinidopelopacotemais.eonomedaClasse,porexemplo,java.lang.Objectoujava.util.Date).Oqualifieddaclassepai(menosparaasInterfaceseojava.lang.Object).Informaçãoseéumaclasseouinterface.Osmodificadores.Alistacomosqualifiedsdasinterfaces.

ParacadaclassecarregadanoJavaécarregadaumconstantpool,quecontémasseguintesinformações:

Oconstantpooldotipo(ParacadaclasseCarregadaécriadaumpooldeconstant,elecontémolinksimbólicoparaosmétodoseparaosatributosalémdasconstantesexistentesnotipo).informaçõesdosatributos(onomedoatributo,otipoeoseumodificador).informaçãodosmétodos(onomedométodo,oseuretorno,onúmeroetipodosparâmetrosemordemeotipoeoseumodificador).ReferênciaparaoClassLoader(classeresponsávelparacarregaraclasse)Variáveisdaclasse(variáveiscompartilhadasentretodasasclassesissoincluiasconstantes).Referênciadaclasse(umainstânciadajava.lang.Classparatodaclassecarregada).

MethodArea

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26MethodArea

Vendoosconceitosnaprática

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27Vendoosconceitosnaprática

Tãologoumainstânciaécriada,asinformaçõesdoseuobjetoficamarmazenadosaqui,esseespaçodememóriatambémécompartilhadoentreasThreads.Oheaptemseumecanismodereclamarmemóriaemtempodeexecuçãoalémdemoverobjetosevitandoafragmentaçãodoespaço.

RepresentaçãodeumavariáveldotipodereferênciadentrodoHeapédiferentedostiposprimitivos,eletemoseumecanismomuitosemelhanteaosponteirosdoC/C++jáqueelenãopossuiainformação,apenasapontaparaolocalqueopossui.Oobjetodereferênciaéconstituídodedoisponteirosmenores:

Umapontaráparaopooldeobjetos,localaondeestãoasinformações.Osegundoapontaráparaoseuconstantpool(quepossuiasinformaçõesdaclassequantoaosatributos,métodos,encapsulamentos,etc.)queficalocalizadonomethodArea.

Arepresentaçãodosvetoressecomportadeformasemelhanteasvariáveisdereferência,maselesganhamdoiscamposamais:

1. Otamanho,quedefineotamanhodovetor2. Umalistadereferênciaqueapontamparaosobjetosqueestãodentrodessevetor.

HeapSpace

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28HeapSpace

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29HeapSpace

EsseregistradoréusadoparacompilaçãoearmazenamentodosmétodosqueforamcompiladosparaomodonativopeloJIT,esseregistradorécompartilhadoportodasasThreads.

Cachedecódigo

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30Cachedecódigo

ObytecodeJavainterpretadonãosãotãorápidoquantooscódigosnativos,paracobriresseproblemadeperformance,aJVMverificamétodoscríticos(regiõesqueexecutamconstantemente,porexemplo)ecompilaparaocódigonativo.Essecódigonativoseráarmazenadodentrodocachedecódigoemumaregiãoforadaheap.AJVMtentaescolherasregiõesmaiscríticasparaquemesmocomogastomemóriaepodercomputacionaldecompilarocódigoparanativo,sejaumadecisãovantajosa.

JustInTime(JIT)Compilation

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31JustInTime(JIT)Compilation

ComissofoifaladosobreosregistradoresquecontémnaJVM,valelembrarquealgumassãoexclusivasporThreadsououtranão.Apilhanativasãoimportantesparaobterrecursosdamáquina,noentanto,osseusvaloressãoindefinidos,jáaspilhasJavasãocriadostãologoummétodoéiniciadoeleésubdivididoemframes,ambasaspilhassãoparticularporThread.OregistradorPCnãopossuiinformações,apenasapontaparaainstruçãoqueestásendoexecutadaepossuiumaporThread.OHeapeomethodAreasãocompartilhadasentreaJVM,todasasThreads,etemaresponsabilidadedearmazenarainstânciadosobjetoseostreamseinformaçõesdaclasserespectivamente.

Recapitulando

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32Recapitulando

UmaveztendonoçãodosregistradoreseaondeficamarmazenadoscadavalornaJVM,seráfaladoumpoucosobreofuncionamentodasinstruções,elapossuiopcodeenotamanhode1byte,daíobytecode.Cadabytecoderepresentaumaaçãoouumaoperação.Amaioriadasoperaçõesdessecódigooperamparaumtipoespecíficodevalor,porexemplo,iload(carregarumintparaapilha)eofload(carregaumfloatparaapilha)possuemoperaçõessemelhantes,noentanto,bytecodesdiferentes.Umaboadicaparasaberotipooperadoésaberaletrainicialdaoperação:iparaumaoperaçãodeinteiro,lparalong,sparashort,bparabyte,cparachar,fparafloat,dparadoubleeaparareferência.

ByteCodes

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33ByteCodes

Essasinstruçõesrealizamtrocadeinformaçõesentreovetordevariáveislocaiseapilhaoperações,sendoquecarregar(definidoporiload,lload,fload,dloadeaload)informaçõesdapilhadevariáveisparaoperaçõesearmazenar(definidopor:istore,lstore,fstore,dstore,astore)realizaoprocessoinverso.

Carregaresalvarinformações

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34Carregaresalvarinformações

Elassãorealizadascomosdoisprimeirosvaloresnapilhadeoperaçõeseretornandooresultado.Oseuprocessamentoésubdivididoemflutuanteseinteirosquepossuemcomportamentosdiferentesparaalgunsresultados,porexemplo,emestourodepilhaedivisãoporzero.

adicionar:iadd,ladd,fadd,dadd.subtrair:isub,lsub,fsub,dsub.multiplicar:imul,lmul,fmul,dmul.divisão:idiv,ldiv,fdiv,ddiv.resto:irem,lrem,frem,drem.negação:ineg,lneg,fneg,dneg.deslocar:ishl,sidh,iushr,lshl,lshr,lushr.bitabit"or":ior,lor.bitabit"and":iand,aterra.bitabitouexclusivo:ixor,lxor.Variávellocalincremente:iinc.Comparação:dcmpg,dcmpl,fcmpg,fcmpl,lcmp.

Operaçõesaritméticas:

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35Operaçõesaritméticas

Asinstruçõesdeconversãodevaloresserveparamodificarotipodavariável,essavariávelpodeterseutipoampliadocomo:

Promoção:intparalong,intparafloat,intparadouble.longparafloatefloatparadouble(i2l,i2f,i2d,l2f,l2d,ef2d)esseampliamentoperdenãoperdeaprecisãodovalororiginal.Oencurtamentodotipocomo:intparabyte,intparashort,intparachar,longparaint,longparafloatparaintoulongpara,doubleparaint,doubleparalongoudoubleparafloat(i2b,i2c,i2s,l2i,f2i,f2l,d2i,d2l,ed2f)valelembrarquetaismodificaçõesexisteapossibilidadedeperderprecisãoouestourodovalor.

Conversãodevalores

ImergindonaJVM

36Conversãodevalores

Instruçõesparaacriaçãoemanipulaçãodeinstâncias(new)Intruçõesparacriaçãodearrays(newarray,anewarray,multianewarray).Acessaratributosestáticosoudainstânciadeumaclasse(getfield,putfield,getstatic,putstatic).Carregar(baload,caload,saload,iaload,laload,faload,daload,aaload)Salvarnapilha(bastore,castore,sastore,iastore,lastore,fastore,dastoreeaastore)Vetoresalémdoseutamanho(arraylength).Checaapropriedadedainstânciaouarray(instanceofecheckcast).

Criaçãoemanipulaçãodeobjetos:

ImergindonaJVM

37Criaçãoemanipulaçãodeobjetos

Instruçõesqueretornamvaloresboolianos(ifeq,ifne,iflt,ifle,ifgt,ifge,ifnull,ifnonnull,if_icmpeq,if_icmpne,if_icmplt,if_icmple,if_icmpgtif_icmpge,if_acmpeq,if_acmpne,tableswitchelookupswitch,goto,goto_w,jsr,jsr_weret`).

Instruçõescondicionais

ImergindonaJVM

38Instruçõescondicionais

Aschamadasdeummétodosão:

invokevirtual:Chamaummétododeumainstânciainvokeinterface:Chamaummétododeumainterfaceinvokespecial:Chamadadeummétodoprivadooudasuperclasseinvokestatic:Realizaachamadadeummétodoestáticoinvokedynamic:Métodoqueconstróiumobjeto

Oretornodeumainstruçãopodeserdefinido(ireturn,lreturn,freturn,dreturneareturn).Duranteaexecuçãodométodocasosejainterrompidademaneirainesperadacomumaexceçãoachamadaathrowérealizada.Osmétodossíncronossãopossíveisgraçasàpresençadeumsimplesencapsulandochamadodemonitor,essestiposdemétodossãodefinidospelaflagACC_SYNCHRONIZEDemseuconstatepool,quequandopossuitalflagométodoentranomonitor(monitorenter)eéexecutado,enenhumaoutraThreadpodeacessá-lo,esai(monitorexit)quandoseumétodoéencerrado(deummodonormalouporinterrupção).

Chamadademétodoseretornodevalores

ImergindonaJVM

39Chamadademétodoseretornodevalores

Umavezfalandodosbytecodeséinteressantes“puxarogancho”efalarcomoficaumaclasseapóssuacompilação.Comojáfoiditoapósacompilaçãoégeradoumbytecode,cujoarquivopossuiaextensão.class,ecadaarquivorepresentaapenasumaclasse.Cadaarquivopossuiasseguintescaracterísticas:

Umnúmeromágicoemhexadecimaldefinindoqueessaclaseéum.classovaloré0xCAFEBABE

Omaioremenornúmerodaversãodoarquivoclassquejuntosdefinemaversãodoarquivo,ouseja,JVMantesrodarprecisaverificarseaversãoVqueelapodeexecutarestarentre:MenorVersão<V<MaiorVersão.

access_flags:Essaflagindicaotipodeencapsulamentodaclasse,métodosedesuaspropriedadesosflagspodemser:

ACC_PUBLIC:flagmétodo,atributospúblicosACC_PRIVATE:flagparaprivadosACC_PROTECTED:protectedACC_STATIC:estáticoACC_FINAL:finalACC_SYNCHRONIZED:indicaummétodosincronizadoACC_BRIDGE:indicaqueométodofoigeradopelocompiladorACC_VARARGS:indicaqueévaragsACC_NATIVE:nativoACC_ABSTRACT:abstratoACC_STRICT:indicaqueométodoéstrictACC_SYNTHETIC:indicaqueométodonãoé“original”

.

this_class:ovalordacorrenteclassedeveterumíndiceválidonaconstantpool

super_class:asinformaçõesdasuperclassedevemestardentroepodeocuparoíndicezeroounão,seocuparoíndicezeroessaclasseéojava.lang.Object,aúnicaclassequenãopossuipai,docontrárioteráqueserumíndiceválidoeterinformaçõesqueapontamparaaclassepai.Asinformaçõesdaclasseédefinidapeloseunomecomoseucaminho,porexemplo,anomedaStringseriajava/lang/String.

constantpool:Oconstantpooléumaestruturadetabelaquecontémonomedasclasses,interfaces,métodos,atributoseoutrasinformaçõesdasclasses.Paraguardaressasinformaçõesexistemdoisregistadoresparcadainformaçãoimportante:Ovetorcomasinformaçõesdaclasse,método,ouatributoseoseucontadorouíndicequefuncionacomolimitadordovetor.Esseéocasodasinterfacesqueaclasseimplementa,atributos,métodosquepossuemseusrespectivosvetoreíndices.

Asdescriçõesdosatributosoudosparâmetrosemummétodoquantoaoseutipoédefinidoaseguir:

BbytesignedbyteCcharDdoubleFfloatIintJlongLClassname;referênciaSshortZboolean[referênciadeumvetor

Classesapóscompilação

ImergindonaJVM

40Classesapóscompilação

[[referênciadeumamatriz

Assim,porexemplo:doubledobro(doubled)éigual(D)DeDoubledobro(Doubled)é(Ljava/lang/Double;)Ljava/lang/Double.

Dentrodaconstantpoolcadainformaçãopossuioseuprimeirobytequeindicaoseutipodeinformação:

CONSTANT_Class7CONSTANT_Fieldref9CONSTANT_Methodref10CONSTANT_InterfaceMethodref11CONSTANT_String8CONSTANT_Integer3CONSTANT_Float4CONSTANT_Long5CONSTANT_Double6CONSTANT_NameAndType12CONSTANT_Utf81CONSTANT_MethodHandle15CONSTANT_MethodType16CONSTANT_InvokeDynamic18

StackMapTable:écompostodestackmapframeetemoobjetivodeverificaçõesparaobytecode

ParaauxiliaradepuraçãonalinguagemJavaexistemalgumasinformaçõesparadepurarocódigoessasvariáveissão:LocalVariableTableeLocalVariableTypeTablequedefineasinformaçõesdasvariáveislocaisparaodebugeLineNumberTabledefineapartedobytecodeesuacorrespondentelinhadecódigo.Paraasanotaçõesexitem:RuntimeVisibleAnnotations,RuntimeInvisibleAnnotations,RuntimeVisibleParameterAnnotations,RuntimeInvisibleParameterAnnotationsquecontéminformaçõesdasanotaçõesquantoasuavisibilidadeemtempodeexecuçãoaosatributosemétodosounão,existemessasmesmasinformaçõesparaosparâmetrosquantoassuasvisibilidades.AnnotationDefaultdefineasinformaçõesdentrodasanotações.

Ocontadordaconsantpoolpossui16bits,ouseja,elesópodeconter2¹⁶=65535elementos,essemesmonúmerovaleparaonúmerodemétodos,atributos,interfacesimplementadas,variáveislocais,pilhadeoperações(sendoqueparaessesdoisúltimosolongoeodoubleocupamdoisespaços),onomedométodoouatributo.Onúmerodedimensõesdeumamatrizé255omesmonúmerovaleparaaquantidadedeparâmetros,casonãosejaummétodoestáticodeve-seincluirainstância.

Comoobjetivodepôrempráticaevisualizaressesbytescodes,serádemonstradoumsimplescódigoeoseurespectivobytecode.

publicclassPrimeiroTeste{

publicDoublesomarInstancias(Doublea,Doubleb){

Doubleresultado=a+b;

returnresultado;

}

publicdoublesomarDouble(doublea,doubleb){

returna+b;

}

publicintsomarInteiros(inta,intb){

returna+b;

}

publicshortsomarShort(shorta,byteb){

return(short)(a+b);

}

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publicstaticintsomarStatic(inta,intb){

returna+b;

}

}

CriadooarquivoPrimeiroTeste.javaeinseridoocódigo1nessearquivo,ospróximospassosserãoentrarpeloterminalnocaminhoqueseencontraoarquivoPrimeiroTeste.java,compilareanalisaroseurespectivobytecodecomosseguintescomandos.

javacPrimeiroTeste.java

javap-verbosePrimeiroTeste

Oresultado:

minorversion:0

majorversion:51

flags:ACC_PUBLIC,ACC_SUPER

Constantpool:

#1=Methodref#5.#21//java/lang/Object."":()V

#2=Methodref#22.#23//java/lang/Double.doubleValue:()D

#3=Methodref#22.#24//java/lang/Double.valueOf:(D)Ljava/lang/Double;

#4=Class#25//PrimeiroTeste

#5=Class#26//java/lang/Object

#6=Utf8

#7=Utf8()V

#8=Utf8Code

#9=Utf8LineNumberTable

#10=Utf8somarInstancias

#11=Utf8(Ljava/lang/Double;Ljava/lang/Double;)Ljava/lang/Double;

#12=Utf8somarDouble

#13=Utf8(DD)D

#14=Utf8somarInteiros

#15=Utf8(II)I

#16=Utf8somarShort

#17=Utf8(SB)S

#18=Utf8somarStatic

#19=Utf8SourceFile

#20=Utf8PrimeiroTeste.java

#21=NameAndType#6:#7//"":()V

#22=Class#27//java/lang/Double

#23=NameAndType#28:#29//doubleValue:()D

#24=NameAndType#30:#31//valueOf:(D)Ljava/lang/Double;

#25=Utf8PrimeiroTeste

#26=Utf8java/lang/Object

#27=Utf8java/lang/Double

#28=Utf8doubleValue

#29=Utf8()D

#30=Utf8valueOf

#31=Utf8(D)Ljava/lang/Double;

Nesseprimeiroresultadopodemosvisualizaraconstantpooleamenoreamaiorversãodoclass.OConstantPoolcontémasinformaçõesdarespectivaclasse,jáquetodaclassepossuiessainformação,inclusiveasInnerClasses,eelessãoarmazenadasemumvetor.

publicPrimeiroTeste();

flags:ACC_PUBLIC

Code:

stack=1,locals=1,args_size=1

0:aload_0

1:invokespecial#1//Methodjava/lang/Object."":()V

4:return

LineNumberTable:

line1:0

ImergindonaJVM


LocalVariableTable:

StartLengthSlotNameSignature

050thisLPrimeiroTeste;

publicjava.lang.DoublesomarInstancias(java.lang.Double,java.lang.Double);

flags:ACC_PUBLIC

Code:


0:aload_1

1:invokevirtual#2//Methodjava/lang/Double.doubleValue:()D

4:aload_2

5:invokevirtual#2//Methodjava/lang/Double.doubleValue:()D

8:dadd

9:invokestatic#3//Methodjava/lang/Double.valueOf:(D)Ljava/lang/Double;

12:astore_3

13:aload_3

14:areturn

LineNumberTable:

line5:0

line6:13

LocalVariableTable:



0151aLjava/lang/Double;

0152bLjava/lang/Double;

1323resultadoLjava/lang/Double;

publicdoublesomarDouble(double,double);

flags:ACC_PUBLIC

Code:


0:dload_1

1:dload_3

2:dadd

3:dreturn

LineNumberTable:

line10:0

LocalVariableTable:



041aD

043bD

publicintsomarInteiros(int,int);

flags:ACC_PUBLIC

Code:


0:iload_1

1:iload_2

2:iadd

3:ireturn

LineNumberTable:

line13:0

LocalVariableTable:



041aI

042bI

publicshortsomarShort(short,byte);

flags:ACC_PUBLIC

Code:


0:iload_1

1:iload_2

2:iadd

3:i2s

4:ireturn

LineNumberTable:

line17:0

LocalVariableTable:



051aS

052bB

publicstaticintsomarStatic(int,int);

flags:ACC_PUBLIC,ACC_STATIC

ImergindonaJVM


Code:


0:iload_0

1:iload_1

2:iadd

3:ireturn

LineNumberTable:

line21:0

LocalVariableTable:


040aI

041bI

Aovermososmétodospodemosperceberquetodososmétodospossuiotamanhodapilhadeoperaçãoedevariáveisalémdotamanhodasvariáveisenvolvidasemumdeterminadométodo.

Noprimeiroqueéométodoconstrutor,essemétodoéconstruídoautomaticamentecasonãosejafeitapelousuário,elepossui1tamanhodeoperação,jáquesetratadacriaçãodeumobjetodotiporeferênciaeesseocupaumespaçonovetordeoperação,1notamanhodevariável,jáqueeleéummétodonãoestáticoeessasinformaçõespertenceainterfacequeaestáchamandoeonúmerodevariáveisutilizadasédeumjáqueestamosnosreferindoainstânciacriada.Nosegundométodo,asomadeinstânciaseretornaumaterceirainstância,(Ljava/lang/Double;Ljava/lang/Double;)Ljava/lang/Double,elepossuiotamanhodetrêsnapilhadevariáveis,jáqueumaparaasduasvariáveisdereferênciaeumajáqueométodoédainstância,quatronotamanhodepilhadeoperações,jáquenoprocessoosDoublesserãotransformadosemdoubleprimitivo,assimcadaumocuparáduasunidadesnovetor.OcampoLineNumberTableéparaajudaradebugarocódigonumdeterminadométodo,LineNumberTable5:0,dizquealinhadenúmerocincodocódigojavaequivaleainstruçãodocomeço,linhazerodobytecodeeline6:13,alinhaseisdocódigojavacomeçanainstruçãodobytecodenúmero13.OcampoLocalVariableTabletambémserveparadebugaredefineonomedocampo,tipo,linhaqueelenasceeaquemorre.IssodemonstracomoédiferenteocódigoJavaeobyteCodegerado.

Nessecapítulofalamosumpoucosobreobytecodeeoseumaceteparaentender,olhandopelasiniciasdocomando,valelembrarqueduranteaexecuçãoosboolianos,byte,shortssãotransformadosparainteiros,assimsuasoperaçõessãorealizadascomointeiros.SedemonstrouquãodiferenteéocódigoJavadobytecodegeradoeemfunçãodissosecrioutabelasevariáveis,porexemplo,LocalVariableeLineNumberTableparaauxiliarnahoradedebugar,essasvariáveissãoutilizadaspelomododebugdasIDEsmodernas.

ImergindonaJVM


TodaclassepelaJVMpossuioseuciclodevida,ecomeçaquandoelanascedentrodaJVM,esseprocessoéfeitodemodolazy,ouseja,aclassXserácarregadanomomentoemquefornecessário,aoinstanciarumobjetoéfeitooprocessodeencontrararepresentaçãobináriadaclasse,carregarasinformaçõesecolocarasuaclassedentrodaJVM,entãocriaroobjeto.TodasasclassesprecisampassarporesseprocessoinclusiveaclassequeiniciaaJVM.Casoaclasseestendadeumaclasseouimplementeinterfacesasmesmasterãodesercarregadasprimeiro.Comocadaumdessestrêsprocessospossuidetalhes,sediscriminaráasaçõesdecadaum.

Ciclodevidadeumaclasse

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45Ciclodevidadeumaclasse

OcarregamentodeclasseconsisteemsubiraclasseparamemóriaprincipalecolocarnaJVM,esseprocessoaconteceumavezcompotqualifield,comessestreamcarregadoserealizaoparserparaoregistradormethodAreaeconcluindogeraainterfacequerepresentatalarquivo,ojava.lang.Class.

AinterfaceClasséoprodutodoprocessodecarregaraclasseparaamemóriaprincipal,éarepresentaçãodoarquivo,comissoelecontémasinformaçõesdomesmo,comolistadosmétodos,atributos,interfaces,anotações,etc.

AsClassesporsuavez,sãocarregadaspeloClassLoader(comexceçãodosarrayquenãopossuirepresentaçãobinária).

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NaJVMexistemmúltiplosclasseloaderscomdiferentesregras,assimpodemosclassificar-lascomo:

BootStrapeleseencontranotopodahierarquiadosclassloaders,esseobjetoéresponsávelporcarregaraAPIbásicadoJava,eosobjetosquepossuamumaltíssimoníveldeconfiançapelaJVM.ExtensãoéresponsávelporcarregarasAPIpadrõesdoJavacomoasdesegurançaeCollection.Osystemesseéoclassloaderpadrãodaaplicação,eleéresponsávelporcarregarasclassesqueestãocontidasnoclasspath.AbaixodoSystemClassLoaderousuárioadicionaráumclassloader,quetemalgunsmotivosespeciais,entreelesdefinirumgrupodeclassloaderespecíficoparaumdomínioouaplicação,éocasodosservidoresdeaplacaçãocomootomcateoGlassfish.

ApósaclassesercarregadaopróximopassoserálinkarparaJVM,esseprocessoconsistenaverificaçãodaclasserecém-carregada,eleverificaapalavra-chave,seaestruturaestácorreta,otamanhodosarquivos,apósaverificaçãosãoalocadasmemóriasparaosatributoseserãosetadososvalorespadrãodoscampos,sãocarregadososatributosestáticos,encerrandoesseprocessotodososlinkdereferênciasãosubstituídosporlinksdiretos.

Noúltimoestágioseráacriadaainstânciacomachamadadométodoconstrutor,sendoqueanteséchamadooconstrutordasuperclasse,nãoexisteverificaçãoparaasinterfacesapenasseosmétodosforamimplementados.

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DiferentedealgumaslinguagensoJavapossuiumgerenciamentodememóriaautomática,issopermitequeamemóriadeumobjetonãomaisutilizadosejaretomada,essacertamenteéumadasgrandesvantagemdaplataformaemrelaçãoaoC.OprimeirodesafiodaJVMéidentificarquaisobjetosdispensáveis,eassimretomaramemóriacomissofoirealizadováriastécnicasparaassimofazer.

OmaisconhecidocertamenteéoMarkandSweep,basicamentedoisprocessosquemarcaosobjetosutilizadosenofinalosobjetosnãomarcadossãodispensáveispararetomaramemória,omaiorproblemaéquetodososprocessossãoparadosparaexecutartalprocedimentoinviabilizandochamá-loconstantemente.Emfunçãodesseproblemacitadoanteriormentefalaremosdosegundoalgorismo,quelevaemconsideraçãoquemuitosobjetosnãopossuemumalongavida,noentanto,algunslevambastantetemponamemória,assimosalgoritmossebaseiaemgeraçõesquedivideamemóriaemtrêspartes(jovem,efetivaepermanente).

Paramelhorgerenciarocoletordelixoamemóriaheapédividiabasicamenteemalgumaspartes:

YoungGeneration:Éondecontémosobjetosrecém-criados,agrandemaioriadosobjetosmorremdentrodessaárea.Elaésubdividaemduaspartes:Eden(localaondeoobjetosnascem)eSurvivers(N)locaisaondeosobjetosvãopassandoatésairdaYoungGeneration.Oseufuncionamentoédemaneirasimples:OsobjetosnascemnoEden,depoisdeumtempo,osobjetossãocopiados“vivos”paraosSurvivers,osobjetosquenãoforamcopiadosnãosãoapagados,masnofuturo,outrosobjetosocuparãoseuespaço.ComopassardascoleçõesosobjetosexistentessaemdaYoungevãoparaTenuredgeneration,nesseespaçoogerenciamentodeobjetosérealizadodeformadiferente,assimnãohácópia,existemalgoritmosderivadosdoSwepandMark,comosobjetosapagadosapróximapreocupaçãoseráemrelaçãoafragmentaçãodoregistrador,assimhaveráoprocessodecompactaçãodosdados.

GarbageCollector

ImergindonaJVM

48GarbageCollector

Comentadoumpoucosobreosprocessosdeminorcollector(procedimentodegenerationquecópiaobjetospararegistradoressobreviventes)eomaiorcollector(procedimentocujoosalgoritmossãoderivadosdeMarkandSwepqueapagaosobjetosnãoutilizadosequandofragmentadaamemóriahaveráoprocedimentodecompactação,valelembrarqueparatalprocedimentoaJVMparatodososseusprocessos).OobjetivoagoraseráfalaroestiloouomododosGarbageCollector.

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49GarbageCollector

Esseestiloémuitoindicadoparapequenasaplicaçõesouhardwaredepequenopodercomputacionaleapenasumprocessador,monocore,elesenabaseianaexecuçãodosprocessos,maioremenorcollector,utilizandoapenasumaThread,dessemodopodeeconomizarrecursos,porémcasohajaumgrandenúmerodememóriahaveráumgrandedelay.

ImplementaçãoSerial

ImergindonaJVM

50ImplementaçãoSerial

Trabalhadeformasemelhantedaserial,noentanto,seráutilizadoduasoumaisThreadsporcoleção,assimoprocessotendeaserrealizaremumtempomenor,porémutilizandomaisrecursosdemáquina.

ImplementaçãoParalelo

ImergindonaJVM

51ImplementaçãoParalelo

Essetambémexecutaprocessosemparalelos,noentanto,oseuobjetivoédiminuirotempodomaiorcollector,mesmoqueparaissooexecuteváriasvezes.Indicadoparamuitosobjetosdurammuitotempo,assimelesficamnaTurnered.EmresumoseuprocessodividerealizarmarcaçãoemquetodasasThreadestãoparadasemarcaçõesconcorrentes,masaremoçãodosobjetosocorremsemnenhumprocessoparar,oúnicoproblemadesseestiloéofatoquenãohácompactaçãodedadosperiódicos,apenasquandosetornacrítico(usandooSerialOdl).

ImplementaçãoConcurrent

ImergindonaJVM

52ImplementaçãoConcurrent

Tambéméconcorrente,masérealizadodeformaincremental(realizadoaospoucoseagendadoentreasminor-collector)seufuncionamentoébemsemelhanteaoanterior,masadicionaumprocessoqueéredimensionareprepararosdadosparaumapróximacoleçãoocicloquecontrolaotempoqueocolectorficanoprocessador.Casotenhaproblemascomfragmentação,eletambémacionaráoserialOdl(quealémderemoverosdadostambémcompactaráosobjetossobreviventes).

ImplementaçãoIncrementalConcurrent

ImergindonaJVM

53ImplementaçãoIncrementalConcurrent

Lançadonaversão7doJava,oGarbagefirst,écoletorparaleloprojetadaparaterumgrandethroughput,elefoiprojetadoparasistemascomumaaltaquantidadedememóriaedeprocessadores.ParaalcançarseuobjetivoeledivideigualmenteotamanhodoHeap.Assimcomoosdoisúltimosconcorrentes,elepossuiumafaseemquerealizaamarcaçãoconcorrente,erealizaocalculodeobjetosalcançáveisdecadaregião,assimdetemposemtempos,todososprocessossãoparadososobjetosvivossãocopiadosparaoutraregião,fazendocomquearegiãoemquestãosejatotalmentetomada.Terãomaiorprioridadeasregiõescomomaiornúmerodeobjetos“mortos”(assimseterámenostrabalhoemrealizaracopiaparaaoutraárea).OG1veioparasubstituirostiposconcorrentedecoleção(CMSeI-CMS)devidoalacunaqueambosdeixavam.

Nãoterumtempodeterminadoparadeixaroprocessadoreacompactaçãodoheap(umavezquemuitocríticachamadaoserialOdl).OG1tomacomoestratégiaofatodesermaisfácilcontrolarpequenasregiõesdoqueumageração,umoutroaspectoéquetãologoasmemóriasexistentestenhasidocopiadoparaumanovaárea,aanterioréconsideradaumaárealimpa.

ImplementaçãoGarbageFirst

ImergindonaJVM

54ImplementaçãoGarbageFirst

MuitosefaladoJava,principalmentedofatodelesermultiplataforma,talvezessacaracterísticaemespecial,desecompilarumavezepoderrodaremdiversasplataformas,tornouoJavaalinguagemeplataformamaispopularnomundo.MuitosetemexploradojáquetodaacomplexidadeéfeitapelaJVM,massurgeaseguintedúvida:ComoaJVMfazisso?Comoelaconseguirabstrairasoutrasplataformasparamin?ObteresseconhecimentoémuitoimportanteumavezquepodesernecessárioutilizarumrecursoespecíficodamáquinaefazercomesserecursoconversediretamentecomaJVM.

AcomunicaçãoentreaJVMeocódigonativoquaseemsuagrandemaioriaéfeitonalinguagemC/C++umavezqueelaspossuemopadrãoANSIequeomesmoécompatívelcomagrandemaioriadasplataformas,assimépossívelumgrandeaproveitamentodecódigo,masemalgunscasosénecessárioquesejafeitaumaimplementaçãoespecíficaparacadaplataformaouqueexistecompatibilidadecomumsistemalegadoquefoifeitoemC,porexemplo.AportaentreocódigonativoeoJavaéconhecidocomoJNI(JavaNativeInterface).EsserecursoémuitointeressantetambémparafazeraponteparaplataformasemqueoJavaaindanãoatingiu.DentrodaJVMesserecursoéusadoparaalgunsnaplataformaJSE,porexemplo,JavaI/O,algunsmétodosdaclassejava.lang.System,JavaSound,acomunicaçãoentreaclasse,oarquivo.class,easuarepresentaçãodentrodaJVM,aimplementaçãodainterfacejava.lang.Class,asimplementaçõesdoGarbageColectordentreoutrosrecursos.ComoJNIépossívelchamarmétododoobjeto,instanciarclasses,verificarestadodoobjetocriadodentrodaJVM,dentreoutrosrecursos.

Noentanto,usarorequeralgumasresponsabilidades,valelembrarqueusaroJNIperdeaportabilidade,umerronativonãoécontroladopelaJVM(Valelembrarnaparteemquesefalouderegistrados,apilhanativaeoPCquandoapontaparaumprocessonativo,nãosesabeoseuvalorpreciso),nãoépossíveldebugarocódigonativoatravésdaplataformaJava,casoaconteceumerronativopodequebraraexecuçãodaJVM,elenãoproverumGarbageCollectorautomáticoouqualquergerenciamentoporpartedaJVM.AssimémuitoimportantesaberomomentoemqueseusaráoJNI.

OsobjetosemJavapodemsermapeadosparaobjetosnativosevirse-versa,paragarantiracomunicaçãodeduasmãos,assimépossívelestarpassandoumobjetoJavaparaoladonativoveroseuvalor.

TipoemJava TipoNativo

boolean jboolean

byte jbyte

char jchar

double jdouble

float jfloat

int jint

long jlong

short jshort

void void

ComoobjetivodedarumpequenoexemplocomoJNIserámostradodoissimplesexemplos,oprimeiroseráo“olámundo”comoJNIeosegundoseráummétodoestáticoquecalculaodobrodoresultadopassado,paraissoénecessárioquesetenhainstaladooGCCeoJDK.Ocódigoserábemsimples,noprimeirocasoseráenviadoonomeporparâmetroeessaStringserápassadaparaovalornativo,umaveznonativoseráconcatenadoo“Helloworld”comonomedigitado,nosegundoexemplo,osegundoparâmetroseriacalculadooseudobro.

PrimeiramenteserácriadoaclasseHelloWorld.java.

InterfaceNativaJava

ImergindonaJVM

55InterfaceNativaJava

publicclassHelloWorld{

privatenativevoidchamarMensagem(Stringnome);

publicnativestaticintdobrar(intvalor);

publicstaticvoidmain(String[]args){

Stringnome=args[0]==null?"nome":args[0];

intvalor=args[1]==null?2:Integer.valueOf(args[1]);

HelloWorldhelloWorld=newHelloWorld();

helloWorld.chamarMensagem(nome);

intresultado=HelloWorld.dobrar(valor);

System.out.println("Odobrode"+valor+"é:"+resultado);

}

static{System.loadLibrary("HelloWorld");}

}

Emseguidacompilamoscomoseguintecomando:

javacHelloWorld.java

Umavezoarquivocompilado,seránecessáriogerarainterfaceJNIcomoseguintecomando:

javah-jniHelloWorld

ComocomandoserágeradoumarquivoHelloWorld.h.

/*DONOTEDITTHISFILE-itismachinegenerated*/

#include<jni.h>

/*HeaderforclassHelloWorld*/

#ifndef_Included_HelloWorld

#define_Included_HelloWorld

#ifdef__cplusplus

extern"C"{

#endif

/*

*Class:HelloWorld

*Method:chamarMensagem

*Signature:(Ljava/lang/String;)V

*/

JNIEXPORTvoidJNICALLJava_HelloWorld_chamarMensagem

(JNIEnv*,jobject,jstring);

/*

*Class:HelloWorld

*Method:dobro

*Signature:(I)I

*/

JNIEXPORTjintJNICALLJava_HelloWorld_dobrar

(JNIEnv*,jclass,jint);

#ifdef__cplusplus

}

#endif

#endif

Reparequenainterfaceométodopossuioseguinteformato:

Java_NomeClasse_nomeMetodo.Emrelaçãoaosparâmetrosoprimeiroelemento,oJNIEnv,eleéumponteiroqueapontaparaumvetornoqualpossuitodasasfunçõesdoJNI,osegundodependeseémétododaclasseoudainstância.Casosejaestático,ousejaométodopossuaapalavra-chavestatic,opróximoparâmetroseráojclassqueconteráas

ImergindonaJVM


informaçõesdaclasse,casosejadainstânciaopróximoparâmetroseráojobjectqueconteráasinformaçõesdainstância.

Opróximopassoéacriaçãodoarquivoque“implemente”ainterfacedoHelloWorld.h,assimserácriadooHelloWorld.cqueimplementetalinterface.

#include<jni.h>

#include"HelloWorld.h"

#include<stdio.h>

JNIEXPORTvoidJNICALLJava_HelloWorld_chamarMensagem(JNIEnv*env,jobjectobj,jstringnome){

constchar*nomeNativo=(*env)->GetStringUTFChars(env,nome,NULL);

printf("HelloWorld!!!!%s\n",nomeNativo);

return;

}

JNIEXPORTjintJNICALLJava_HelloWorld_dobrar(JNIEnv*env,jclassclasse,jintvalor){

return2*valor;

}

Comoarquivocriadoopróximopassoéacompilação,levandoemconsideraçãoasdevidasimportações,comosetratadelibsnativasaspastasvariamdeacordocomaplataforma.Nocasodolinuxparacompilarseránecessáriooseguintecomando:

gcc-olibHelloWorld.so-shared-I$JAVA_HOME/include-I$JAVA_HOME/linuxHelloWorld.c

Umavezcompiladoocódigo-fonteeotransformadoemumalib,nocasodolinuxoarquivocomextensão.sodeSharedObject.Opróximopassoserá“linkar”oarquivonativocomoprojeto,oprimeiropassoécarregarabibliotecadentrodocódigojava(paraissoseráutilizadoocomandoSystem.loadLibrary("NomedaLib");).

Opróximopassoécolocaralibnativanoclasspathnosistemaoperacionaloudefiniroseucaminhopeloparâmetrojava.library.pathaoexecutaroprojetojava.Nesseexemploseráutilizadoasegundaopçãojuntamenteoparâmetroqueseráonomedaqueseráimpressonoconsole,assimocomandoficará:

java-Djava.library.path=.HelloWorldOtávio4

Asaídaserá:

HelloWorld!!!!Otávio

`Odobrode5é:10

ComissoseapresentouorecursodoJNI,ainterfacequesecomunicaoJVMparalinguagensnativacomoCeC++edasuaimportânciaparaaJVMcomoaimplementaçãodoGarbageCollector,suaexistênciaemalgumasAPIscomooJavaSoundalémdeseintegrarcomcódigolegadoecomplataformascujoaJVMatéomomentonãoatingiu.Noentanto,valesalientarqueseperdeofatormultiplataformaenãoserámaisgerenciadopelaJVMusandoesterecurso.AprendersobreJNIémuitoimportanteparacompreenderocódigodamáquinavirtualJava,masénecessárioumconhecimentonalinguagemCeC++.`

ImergindonaJVM


OOpenJDKéumprojetoquefoiiniciadopelaSunMicrosystems,atualmentemantidopelaporváriasempresaseacomunidade,paraacriaçãodeumJavaDevelopmentKitbaseadototalmenteemsoftwarelivreedecódigoaberto.Oprojetofoiiniciadoem2006etemcomobaseoHotSpot(ajvmdaSun).Umaconquistaparaoprojetoquevalesalientaréqueapartirdaversão7doJavaoOpenJDKéaversãodereferência,masalémdessaousodoOpenJDKtegarantealgumasvantagens:

1. Aprimeiravantageméqueeleéopensource,ouseja,podeestudaroseucódigofonte.

2. Elaagoraéaimplementaçãodereferência,ouseja,sefazerumaplicativoquerodeemqualquerJVM,essagarantiaserápossívelapenascomoOpenJDK

3. AcomunidadeJavaécertamenteumadascomunidadesmaisfortesdomundo.AJVMdoprojeto,porexemplo,estápassandoporconstantesrefatoraçõesparamelhoriadeperformance,atualizaçãodebibliotecaseatualizaçãodocódigosemfalarqueparaadicionarqualquerrecursoénecessárioquesetenhatestes.

4. AOracledoouocódigofontedojRockitenojava8,previstoparaofinalde2013,ocódigosejaintegradocomoHotspot.Ouseja,noopenjdkhaveráosmelhoresdedoismundosemumsólugar.

5. Váriasempresasfazempartedesseprojeto,ouseja,éumaJVMcomoKnow-howdeváriasempresasemtodoomundo.EmpresascomoIBM,Apple,SAP,Mac,Azul,Intel,RedHatetc.fazempartedoprojeto.

6. SeaOracledeixaroJava(Algoqueeuachomuitodifícilpordiversosmotivos)edeixardefazeraJVM.OOpenJDKnãoseráemnenhummomentoabaladojáqueexistemoutrasempresasapoiandoalémdacomunidade.

AdiferençaentreessasduasJVMs,HotSpot(aJVMmaispopulardaSunatualmentedaOracle)eoOpenJDK,estánaadiçãodecódigosfechadosalémdepequenasmudançasnaimplementaçãoparaimplementaçõesfechadasparaaJVMdaOracle,adessemelhançaédecercade4%decódigo.OqueaconteceéquenemtodososcódigosforamabertoscomêxitojáquealgunspertenceaterceirosesãoapenaslicenciadosnaépocapelaSun.

TodamudançadentrodoJavaérealizadaatravésdasubmissãodeumaJSR,JavaSpecificationRequests,queéumdocumentoquepossuiinformaçõesquantoamelhoriaaserfeitaeseusimpactosdentrodalinguagem.EssasJSRssãoselecionadasapartirdoJCP,JavaCommunityProcess,queécompostapor31instituições(PodemosdestacaraparticipaçãodaOracle,SouJavaeLondonComunity).EssasinstituiçõestêmamissãodevotarafavoroucontraumaJSR.Quandoexisteumamudançanaplataforma(JSE,JEE,JME)éditoqueelapossuiumguarda-chuvadeespecificações(JáqueumamudançadeplataformaéresultadodediversasJSRs,porexemplocomoJava7,

OprojetoOpenJDK

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58OprojetoOpenJDK

documentadanaJSR336,possuidentrodelaasJSRs314oprojetoCoin,203oNIO2,292oinvokedynamic).

ComoOpenJDKnãoédiferente,todasassuasmudançasprecisamestardocumentadasemJSRsquesãovotadaspeloJCP,nocasodeumanovaversãodaplataformaJSE,precisaterumconjuntodeJSRouumguarda-chuvadeespecificação.Noentanto,paramelhorias,refatoraçõesexisteoJEP,JDKEnhancementProposalsoupropostasdemelhoriasparaoJDK.

Ocódigodoprojetoémantidoemmercurialemaisinformaçõesdoprojetopodeserencontradoem:http://openjdk.java.net/

Parabaixarocódigoénecessário:

hgclonehttp://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8jdk8(parabaixarocódigofonteemsuamáquina).

cdjdk8(entrandonodiretório,ondeseencontraocódigofonte).

shget_source.sh(shellscriptparabaixarocódigofontedosmódulosdaJVM).

AobaixarocódigoseveráqueoprojetoOpenJDKécompostoporsubprojetos:

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http://openjdk.java.net/

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