Java虚拟机笔记

1、JDK&JRE&JVM

Java 执行流程
JRE的应用

JDK+JRE+JVM
- JDK(Java开发环境)：JRE+工具(编译器、调试器、其他工具等)+类库
  
  编译器：将Java 文件编译为class文件，也是JVM能运行解释的文件
- JRE(Java 运行环境)：JVM+Java解释器
- JVM：Java虚拟机

2、Java字节码文件结构

官方字节码文件结构

什么是u2 ，u4？

u2：代表数据占2个字节， u4：代表4个字节。

JDK编译对应版本号

JDK7-->51 JDK8-->52 JDK-->53 ......

编译的本质

编译的本质就是Java源文件转换为JVM认识的16进制class文件格式。JVM虚拟机不只是为Java服务，只要符合class标准格式的16进制JVM就能识别。

3、类的加载机制

3.1 类加载大概流程

装载：获取类的全限定类名，将class文件转化为二进制流。
1. 将二进制流中类的描述信息 存入方法区。如：创建时间、版本等......
2. 将java.lang.Class对象放入内存。

链接
1. 验证：验证被加载类的正确：如文件的格式，文件元素等。
2. 准备：在方法区中为静态变量分配空间，并设置初值。
3. 解析：把类的符号引用转换为直接引用。

3.初始化

为类的静态变量设置默认值，执行静态代码块。

①装载---->②链接(验证，准备，解析)---->初始化

第一步：加载指的是把class字节码文件从各个来源通过**类加载器(包括启动类加载器，拓展类加载器、应用类加载器、用户自定义加载器)**装载入内存中。

流程是，获取全限定类名-->将class字节文件转化为二进制流-->将二进制流中类的描述信息放入方法区。将java.lang.Class对象放入堆内存。

第二步：链接

验证：比如文件格式 的验证，元数据的验证 (如是否继承了final修饰的类)，字节码的验证 （保证语义的准确性），符号引用的验证。
准备：主要为静态变量（类变量）分配内存，并赋予初值（初值，不是代码中具体写的初始化的值）。

比如8种基本类型 的初值，默认为0；引用类型 的初值则为null；常量的初值即为代码中设置的值，final static tmp = 456，那么该阶段tmp的初值就是456

解析：符号引用替换为直接引用的过程。

第三步：初始化

主要是对类变量初始化，是执行类构造器的过程。

拓展：为什么会有自定义类加载器？

一方面是由于java代码很容易被反编译，如果需要对自己的代码加密的话，可以对编译后的代码进行加密，然后再通过实现自己的自定义类加载器进行解密，最后再加载。
另一方面也有可能从非标准的来源加载代码，比如从网络来源，那就需要自己实现一个类加载器，从指定源进行加载。

3.2 类加载器

3.2.1 分类

不同的类加载器加载不同的类：

启动类加载器(Bootstrap classloader):主要负责加载Java中的一些核心类库，主要位于<JAVA_HOME>/lin/rt.jar中。

拓展类加载器（Extension classloader）：主要加载一些拓展类，是启动类加载类的子类。

应用类加载器：（System classlzhuyoader）:主要用于加载CLASSPATH 路径下，我们自己定义的类，是拓展类加载器的子类。

这由于双亲委派机制模型导致的一个原因。

3.2.2 双亲委派模型

如果一个类加载器收到了类的加载请求，他不会自己去加载，而是把这个请求委托给父类加载器去执行，如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步加载向上委托，一次递归，请求最终达到顶层的启动类加载器返回可以完成类加载任务，就成功返回。倘若父类加载器无法完成此次加载任务，子加载才会尝试自己去加载。

如何打破双亲委派机制？例子：Tomcat

自定义类加载器类，继承Classloader类，重写loadClass()方法.

4、JVM内存模型

4.1 什么是JVM内存模型

JVM需要使用计算机的内存，Java程序运行中所处理的对象或者算法都会用使用JVM的内存空间，JVM将内存划分为5块，这样的结构称为JVM内存模型。

4.2 JVM为什么进行内存区域划分

随着对象数量的增加，JVM内存使用率也在增加，如果JVM内存使用率达到100%，则无法继续运行Java程序。为了让JVM内存，我们需要对JVM内存进行回收。为了提高垃圾回收效率，JVM将内存区域进行了划分。

4.3 JVM内存划分

JVM按照线程是否独享将内存首先分为两大类。

线程独享区

只有当前线程能访数据的区域，线程之间不能共享。

线程独享区随线程的创建，随线程的销毁而被回收。

线程共享区

所有线程都可以访问的区域。

当线程被销毁的时候，线程共享区的数据不会立即回收，需要等待达到垃圾回收的阈值之后才会进行回收。

模型图

栈内存独立：基本数据类型

堆内存共享：引用数据类型数据

4.3.1 程序计数器

程序计数器会记录当前线程要执行指令的内存地址，只占用一小部分的内存区域，只记录一个地址，所以我们认为程序计数器是不会出现内存溢出的问题的分区。

所以虚拟机是不会优化程序计数器区域的。

4. 3.2 本地方法栈

Java中有些代码的视线是依赖于其他非Java语言的(C++)，本地方法栈存储的是维护非Java语句执行过程中产生的数据，一般本地方法栈不会出现内存问题。

4.4 虚拟机栈

存放当前线程中所有声明的变量，包基本数据类型和引用数据类型的引用。

基本数据类型和引用数据类型的划分标准
- 基本数据类型：变量在声明的时候，能够确认占用内存的大小。
- 引用数据类型：变量在声明的时候不知道占用内存大小。
  
  引用数据类型将值的引用放到虚拟机栈中，而对象则存在对内存中，引用数据类型占用4个字节存放地址。

4.4.1 栈帧的结构

常量池的应用中的常量存放的你是值。而是方法区中常量池中的常量的地址。

局部变量：存放当前方法的局部变量，基本数据类型存储值。引用数据类型存储堆内存中的地址。
操作数栈：对方法的变量提供计算的区域。
常量数据的引用：常量数据会存放到方法区的常量池，不管是基本数据类型还是引用数据类型都会存放常量池的地址。
方法返回值的地址：方法返回数据会存到计算机内存的寄存器中。