JVM

一 什么是JVM

JDK是Java程序员常用的开发包、目的就是用来编译和调试Java程序的。

JRE是指Java运行环境，也就是我们的写好的程序必须在JRE才能够运行。

JVM是Java虚拟机的缩写，是指负责将字节码解释成为特定的机器码进行运行。

（Java源程序需要通过编译器编译为.class文件，否则JVM不认识）

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写

 Java虚拟机（JVM）包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。

使Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的字节码,就可以在多种平台上不加修改地运行。

JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

 二 JVM的编译器

在 JVM 中有三个非常重要的编译器，它们分别是：前端编译器、JIT 编译器、AOT 编译器。

前端编译器，最常见的就是我们的 javac 编译器，其将 Java 源代码编译为 Java 字节码文件。JIT 即时编译器，最常见的是 HotSpot 虚拟机中的 Client Compiler 和 Server Compiler，其将 Java 字节码编译为本地机器代码。而 AOT 编译器则能将源代码直接编译为本地机器码。这三种编译器的编译速度和编译质量如下：

• 编译速度上，解释执行 > AOT 编译器 > JIT 编译器。
• 编译质量上，JIT 编译器 > AOT 编译器 > 解释执行。

而在 JVM 中，通过这几种不同方式的配合，使得 JVM 的编译质量和运行速度达到最优的状态。

三 JVM内部结构（数据存储区域）

JVM要运行字节码文件，在这个过程中，JVM会加载字节码文件，将其存入 JVM的内存空间中，之后进行一系列的初始化动作，最后运行程序得出结果。

Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

JVM 的运行时数据存储区主要包括：堆、栈、方法区、程序计数器等。

而JVM 的优化问题主要在线程共享的数据区中：堆、方法区。

具体划分为如下5个内存空间：

• 栈（虚拟机栈，java栈，JavaStack）：存放局部变量。
• 堆：存放所有new出来的东西(所有的对象和它们相应的实例变量/成员变量)和数组。
• 方法区：用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等信息。
  • 静态变量+常量+类信息（版本、方法、字段等）+运行时常量池存在方法区中
• 程序计数器(和系统相关)：记录这个线程运行到哪里了。
• 本地方法栈：与虚拟机栈类似，只是是执行本地方法时使用的。
• java中的字符串在字符串常量区

 

 虚拟机栈：虚拟机栈表示Java方法执行的内存模型，每调用一个方法，就会生成一个栈帧（Stack Frame）用于存储方法的本地变量表、操作栈、方法出口等信息，当这个方法执行完后，就会弹出相应的栈帧。

 方法区：

静态常量池 存在于class文件中，比如经常使用的javap -verbose中，常量池总是在最前面。

运行时常量池：就是在class文件被加载进了内存之后，常量池保存在了方法区中，通常说的常量池 指的是运行时常量池。所以呢，讨论的都是运行时常量池。

堆（Heap）：用于存放类的实例对象与数组实例的地方，垃圾回收的主要区域就是这里（还可能有方法区）。

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间，主要用于存放各种类的实例对象。

堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )

新生代又可能分为Eden区，From Survivor区和To Survivor区，主要是为了垃圾回收。所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

 新生代（Young Generation）：主要是用来存放新生的对象。

老生代（Old Generation）：主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。在新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，会被存放到老生代中。老生代通过标记/整理算法来清理无用内存。

四 jvm 类加载机制

https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/jvm_serial_07_jvm_class_loader_mechanism.html

JVM 虚拟机执行 class 字节码的过程可以分为七个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。

加载：加载阶段是类加载过程的第一个阶段。在这个阶段，JVM 的主要目的是将字节码从各个位置（网络、磁盘等）转化为二进制字节流加载到内存中，接着会为这个类在 JVM 的方法区创建一个对应的 Class 对象，这个 Class 对象就是这个类各种数据的访问入口。就是把数据加载到内存中。

验证：当 JVM 加载完 Class 字节码文件并在方法区创建对应的 Class 对象之后（当代码数据被加载到内存中后），虚拟机就会对代码数据进行校验，看看这份代码是不是真的按照JVM规范去写的。

准备（重点）：当完成字节码文件的校验之后，JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点，即内存分配的对象以及初始化的类型。

• 内存分配的对象：Java 中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型，「类变量」指的是被 static 修饰的变量，而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。在准备阶段，JVM 只会为「类变量」分配内存，而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。
• 初始化的类型：在准备阶段，JVM 会为「类变量」分配内存，并为其初始化。但是这里的初始化指的是为变量赋予 Java 语言中该数据类型的零值，而不是用户代码里初始化的值。

 但如果一个变量是常量（被 static final 修饰）的话，那么在准备阶段，属性便会被赋予用户希望的值。例如下面的代码在准备阶段之后，number 的值将是 3，而不是 0。（final 关键字在 Java 中代表不可改变的意思）

解析：将其在常量池中的符号引用替换成直接其在内存中的直接引用（略）

初始化（重点）：在这个阶段，JVM 会根据语句执行顺序对类对象进行初始化，一般来说当 JVM 遇到下面 5 种情况的时候会触发初始化：

• 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
• 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
• 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
• 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
• 当使用 JDK1.7 动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果 REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行初始化，则需要先出触发其初始化。

 

使用：当 JVM 完成初始化阶段之后，JVM 便开始从入口方法开始执行用户的程序代码。

卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存。