JVM学习笔记-1

1. 关于JVM

JVM(Java Virtual Machine)，是Java语言两大最鲜明的特点之一(另一个为垃圾回收机制GC)，JVM是Java能够自由在Linux、Windows、Unix等操作系统上无差别编译执行的前提，其屏蔽了不同操作系统在底层指令和硬件的不同之处，大大提高了Java程序的可移植性。Java程序员只需要学习并使用Java进行业务程序开发，而不必学习每个操作系统的细节与不同之处，减少了不必要的学习压力与时间。

2. JVM的内存结构

2.1 类加载系统

类加载系统可以看做是一个勤劳的“快递员”，当我们运行一个Java程序时，可以分为两个过程：编译和运行。编译过程通过javac命令将我们写的.java文件编译为.class字节码文件，执行时调用java.exe命令，类加载系统就会将该.class字节码文件加载进JVM，并执行一系列操作{加载(Loading) --- 验证(Verification) --- 准备(preparation) --- 解析(Resolution)} --- 初始化(Initialization)}，在JVM方法区中生成一个java.lang.Class对象，做为这个类的各种数据访问入口

2.1.1 类加载器

JVM自带的加载器：

• 启动类加载器(Bootstrap) C++编写，自动加载JAVA自带的初始class字节码文件(存放路径：$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar)，如Object.class 、String.class等 --
• 扩展性加载器(Extension) JAVA编写，自动加载JAVA版本迭代更新中新产生的扩展包(存放路径：$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar)
• 应用程序类加载器(AppClassLoader)，也叫系统类加载器，加载当前应用的classpath的所有类，即用户自定义的业务类

用户自定义加载器：
用户可以自定义类继承Java.lang.ClassLoader的子类，定制类的加载器

2.1.2 类加载的过程

• 加载(Loading)：通过字节流方式获取.class字节码文件，这个阶段就会生成该类所对应的Java.lang.Class对象(仅仅是生成，相当于只是一个架构)
• 验证(Verification)：验证字节码文件的格式是否符合当前JVM要求(经典的“cafe babe”开头 ^_^)
• 准备(preparation)：为该类的静态变量分配内存并赋值默认值(如int=0，String=null等)
• 解析(Resolution)：可以理解为处理该类中引用关系(如当前类中引用了其他类，则这一步会形成指针指向关系)，这一步骤也可能在初始化后执行
• 初始化(Initialization)：执行类构造器<clinit>()方法，注意该构造器方法不是实例化类时的构造方法，执行该方法初始化类的静态变量，即真正赋值

2.1.3 双亲委派

类加载器的层次结构

对于JAVA程序中类的加载，首先通过启动类加载器加载，如果没有找到该类便从扩展性加载器尝试加载，还没有才从应用程序类加载器加载，即类的加载过程总是先找父类加载器，父类无法加载才找子类加载器。如用户自定义一个类命名为String，并设置main方法，但运行会抛出无法找到main方法异常，因为运行时加载到JVM中的不是用户自定义的String，而是rt.jar中的String(JAVA 源代码)**

双亲委派机制能够有效防止JAVA源代码被恶意污染，也加强了JAVA的稳定性，即沙盒安全

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2.2 运行时数据区

JVM的运行时数据区主要包括五大部分：

堆(Heap)：JVM主要的数据存储地点，JVM中几乎所有的运行时对象都在堆区存放，其中堆区又可以细分为：Eden区、Survivor区和Old区，这种划分是为了实现分代垃圾回收机制
栈(Stack)：每条线程实际的工作空间。JVM会给每条线程分配一个独立的栈空间，线程的任务执行都在该空间内执行
本地方法栈(Native Method Stack): 在JVM为每条线程分配栈空间时，也会分配一个本地方法栈，线程中如果调用了本地方法(C/C++程序)，会在本地方法栈中压栈执行
方法区(Method Area)：逻辑上的一个概念，存储着每一个类的结构信息(Class对象)、常量池、字段和方法数据、构造方法和普通方法的字节码内容。方法区在不同JVM版本中有不同的实现，最经典的就是1.7(PermGen space)的永久代和1.8的元空间(Metaspace)
程序计数器(也叫PC寄存器)：维护一个指针变量，记录当前线程下一条字节码指令的地址，如果当前进程丢失CPU执行权，可通过该机制记录程序执行的断点，在重新获得CPU执行权后可以定位到上次执行的断点处并往下执行。如果执行的是本地方法，则寄存器不会进行变动。

运行时数据区小总结：

• 堆区和方法区为线程共享
• 栈、本地方法区和PC寄存器为线程私有，JVM会为每条线程分发一套
• 栈由一个个栈帧组成，每个栈帧相当于线程调用的每一个方法，压栈执行，执行完后出栈并释放内存，其中main方法默认总是在栈底

2.3 执行引擎

负责解释字节码文件命令，提交操作系统执行