JVM初识

1.JVM简介

JVM是JavaVirtualMachine的简称,意为Java虚拟机。
虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的、运⾏在⼀个完全隔离的环境中的完整计算机系统。
常⻅的虚拟机:JVM、VMwave、VirtualBox。
JVM和其他两个虚拟机的区别:
1. VMwave与VirtualBox是通过软件模拟物理CPU的指令集,物理系统中会有很多的寄存器;
2. JVM则是通过软件模拟Java字节码的指令集,JVM中只是主要保留了PC寄存器,其他的寄存器都进 ⾏了裁剪。
JVM是⼀台被定制过的现实当中不存在的计算机。

2. JVM运⾏流程

JVM是Java运⾏的基础,也是实现⼀次编译到处执⾏的关键,那么JVM是如何执⾏的呢?

JVM执⾏流程

程序在执⾏之前先要把java代码转换成字节码(class⽂件),JVM⾸先需要把字节码通过⼀定的⽅式 类加载器(ClassLoader)把⽂件加载到内存中运⾏时数据区(RuntimeDataArea),⽽字节码⽂ 件是JVM的⼀套指令集规范,并不能直接交给底层操作系统去执⾏,因此需要特定的命令解析器**执 ⾏引擎(ExecutionEngine)**将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执⾏,⽽这个过程中需要 调⽤其他语⾔的接⼝本地库接⼝(NativeInterface)来实现整个程序的功能,这就是这4个主要组成 部分的职责与功能。
总结来看,JVM主要通过分为以下4个部分,来执⾏Java程序的,它们分别是:
1. 类加载器(ClassLoader)
2. 运⾏时数据区(RuntimeDataArea)
3. 执⾏引擎(ExecutionEngine)
4. 本地库接⼝(NativeInterface)

3. JVM运⾏时数据区

JVM运⾏时数据区域也叫内存布局,但需要注意的是它和Java内存模型((JavaMemoryModel,简 称JMM)完全不同,属于完全不同的两个概念,它由以下5⼤部分组成:

3.1 堆(线程共享)

堆的作⽤:程序中创建的所有对象都在保存在堆中。 我们常⻅的JVM参数设置-Xms10m最⼩启动内存是针对堆的,-Xmx10m最⼤运⾏内存也是针对堆 的。

ms是memorystart简称,mx是memorymax的简称。

堆⾥⾯分为两个区域:新⽣代和⽼⽣代,新⽣代放新建的对象,当经过⼀定GC次数之后还存活的对象 会放⼊⽼⽣代。新⽣代还有3个区域:⼀个Endn+两个Survivor(S0/S1)。
垃圾回收的时候会将Endn中存活的对象放到⼀个未使⽤的Survivor中,并把当前的Endn和正在使 ⽤的Survivor清除掉。

3.2 Java虚拟机栈(线程私有)

Java 虚拟机栈的作⽤:Java虚拟机栈的⽣命周期和线程相同,Java虚拟机栈描述的是Java⽅法执⾏ 的内存模型:每个⽅法在执⾏的同时都会创建⼀个栈帧(StackFrame)⽤于存储局部变量表、操作数 栈、动态链接、⽅法出⼝等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中,栈内存指的就是虚拟机栈。

Java 虚拟机栈中包含了以下4部分:

1. 局部变量表:存放了编译器可知的各种基本数据类型(8⼤基本数据类型)、对象引⽤。局部变量表 所需的内存空间在编译期间完成分配,当进⼊⼀个⽅法时,这个⽅法需要在帧中分配多⼤的局部变 量空间是完全确定的,在执⾏期间不会改变局部变量表⼤⼩。简单来说就是存放⽅法参数和局部变 量。
2. 操作栈:每个⽅法会⽣成⼀个先进后出的操作栈。
3. 动态链接:指向运⾏时常量池的⽅法引⽤。
4. ⽅法返回地址:PC寄存器的地址。
什么是线程私有?
由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执⾏时间的⽅式来实现,因此在任何⼀个确定的 时刻,⼀个处理器(多核处理器则指的是⼀个内核)都只会执⾏⼀条线程中的指令。因此为了切换线程后 能恢复到正确的执⾏位置,每条线程都需要独⽴的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独⽴ 存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

3.3 本地⽅法栈(线程私有)

本地⽅法栈和虚拟机栈类似,只不过Java虚拟机栈是给JVM使⽤的,⽽本地⽅法栈是给本地⽅法使 ⽤的。

4.JVM类加载

①类加载过程 从上⾯的图⽚我们可以看出整个JVM执⾏的流程中,和程序员关系最密切的就是类加载的过程了,所 以接下来我们来看下类加载的执⾏流程。 对于⼀个类来说,它的⽣命周期是这样的:

其中前5步是固定的顺序并且也是类加载的过程,其中中间的3步我们都属于连接,所以对于类加载 来说总共分为以下⼏个步骤:

  1. 加载

  2. 连接 a. 验证 b. 准备 c. 解析

  3. 初始化 下⾯我们分别来看每个步骤的具体执⾏内容。

什么是双亲委派模型?

如果⼀个类加载器收到了类加载的请求,它⾸先不会⾃⼰去尝试加载这个类,⽽是把这个请求委派给 ⽗类加载器去完成,每⼀个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层 的启动类加载器中,只有当⽗加载器反馈⾃⼰⽆法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需 的类)时,⼦加载器才会尝试⾃⼰去完成加载。

双亲委派模型的优点

1. 避免重复加载类:⽐如A类和B类都有⼀个⽗类C类,那么当A启动时就会将C类加载起来,那 么在B类进⾏加载时就不需要在重复加载C类了。
2. 安全性:使⽤双亲委派模型也可以保证了Java的核⼼API不被篡改,如果没有使⽤双亲委派模 型,⽽是每个类加载器加载⾃⼰的话就会出现⼀些问题,⽐如我们编写⼀个称为java.lang.Object 类的话,那么程序运⾏的时候,系统就会出现多个不同的Object类,⽽有些Object类⼜是⽤⼾⾃ ⼰提供的因此安全性就不能得到保证了。
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