JVM虚拟机

在jdk中的java文件编译器被分成了前端编译器和后端编译器，首先java文件会通过前端编译器编译生成class文件，然后通过类装载器子系统将class文件装载到系统中，在方法区生成一个大的class实例，(java栈改名为了虚拟机栈)，在内存中，多个线程共享方法区和堆，而对于虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是每个线程独有一份。而我们平时说的java字节码，指的是用java语言编译成的字节码。所谓

飞翔的企鹅i

1166人浏览 · 2022-10-24 21:42:53

飞翔的企鹅i · 2022-10-24 21:42:53 发布

"天下事有难易乎？为之则易，不为则难"

一、初识JVM

JVM是一个跨语言的平台，为那些能够跨平台运行的程序提供一个平台，JVM本身与java语言没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式.class文件所关联，class文件中包含了java虚拟机指令集(或者称为字节码、Bytecodes)和符号表，还有一些其他辅助信息。

不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的JVM上运行。

而我们平时说的java字节码，指的是用java语言编译成的字节码。准确说任何能在jvm平台运行的字节码格式都是一样的，所以应该统称为jvm字节码。

1、虚拟机

所谓虚拟机就是一台虚拟的计算机。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。

VMware是常见的系统虚拟机，而java虚拟机就是典型的程序虚拟机。

2、java虚拟机

java虚拟机是一台执行java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的java字节码也未必由java语言编译而成
JVM平台的各种语言可以共享java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回收器，以及可靠的即时编译器。
Java技术的核心就是Java虚拟机，因为所有的java程序都是运行在Java虚拟机内部

3、JVM的结构

详细结构

在jdk中的java文件编译器被分成了前端编译器和后端编译器，首先java文件会通过前端编译器(例如javac)编译生成class文件，然后通过类装载器子系统将class文件装载到系统中，在方法区生成一个大的class实例，(java栈改名为了虚拟机栈)，在内存中，多个线程共享方法区和堆，而对于虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是每个线程独有一份

执行引擎图解

当把字节码文件加载到内存中生成class文件后就要对他进行解释运行，执行引擎中的解释器就是用来解释运行，而仅仅是解释运行对于整体体验感较差，所以使用JIT即时编译器，他就是整个编译器的后端，将代码进行编译看到明显的效果，过程中产生的垃圾就由垃圾回收器管理。

执行引擎的作用:对于操作系统它只能识别机器指令，而我们传入虚拟机的是一个字节码指令，要想这个字节码文件解释执行，就需要使用执行引擎，他就充当了将高级语言翻译成机器语言的翻译者

4、Java代码的执行流程

java源码首先通过编译器的前端(如javac) 生成一个字节码文件(编译过程一步不能错，否则无法生成字节码文件)，然后通过类加载器加载进JVM中，通过字节码校验，然后通过这个解释器逐行解释字节码指令，保证响应时间，针对字节码文件中重复执行的字节码指令(称为热点代码)，可以通过JIT再将它编译成机器指令(二次编译)，同时由于这个机器指令是反复执行，所以JIT会将这个热点代码缓存起来，存放在方法区中，方便下次调用，JIT主要负责程序的执行性能，当前主流虚拟机都采用二者并存的方式。操作系统只能识别机器指令(0 1)

5、JVM的架构模型

零地址指令在字节码中是每八位、一字节为一个基本单位，而寄存器以双字节为一个基本单位

栈虽然所占空间小，但是操作数多，而寄存器所占空间大，但是它基于硬件，运算速度快，操作数少。

使用栈的指令集架构特点：栈的跨平台性、指令集小、指令多，执行性能比寄存器差

6、JVM的生命周期

虚拟机的启动 -> 虚拟机的执行 -> 虚拟机的关闭

java虚拟机的启动是通过引导类加载器创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的，创建一个蓝图，具体实现还要看不同的虚拟机，

程序开始执行时虚拟机才会执行，程序结束时它就停止

一个虚拟机有一个清晰明确的任务：执行java程序

执行一个所谓的java程序是，真真正正的是在执行一个叫Java虚拟机的进程

对于虚拟机的退出，有如下几种情况：

程序正常执行结束
程序在执行时遇到异常或错误
由于操作系统出现错误而导致java虚拟机进程终止
某线程调用Runtime类或者System类的exit方法，或者Runtime类的halt方法，并且java安全管理器也允许这次exit或halt操作

二、类加载子系统

类加载子系统主要作用就是运输将磁盘中生成的字节码文件或者网络中的字节码文件加载到系统中，并且它只负责calss文件的加载，至于文件能否运行要交给执行引擎来判断，加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量(这部分信息是class文件中常量池部分的内存映射)

类加载子系统分为了三个环节

加载，加载需要使用类加载器如常见的引导类加载器BootStrap、扩展类加载器Extension、系统加载器Application
链接,又分为验证、准备和解析三个环节
初始化，静态变量的显示初始化

1、类的加载过程

执行一个main方法的过程，先查看这个类是否装载，再调用这个main方法

环节一、Loading

通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构(运输到方法区存储)
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

环节二、链接

验证 --- 查看class文件中信息是否合法，保证加载类的安全

准备 --- 为变量赋初值，默认值

解析 --- 将常量池内的符号引用转换为直接引用(在加载类时，常量池会加载很多信息，比如当前类，object类，打印流等) 直接指向目标引用的指针

环节三、初始化

<clint>()方法是由类变量(static修饰的变量)的赋值和静态代码块中的语句合并才产生的，如果没有这两个需求<clinit>()方法就不会生成

<init>() 就是对应类的构造器

public class JvmDemo {

    static{
        //虽然静态代码块比类先进行执行，但是在类加载子系统中对这个class文件进行加载时
        //在链接阶段 的准备阶段 会对变量进行初始化，此时的num已经被初始化为0了，所以在静态代码块中可以对
        //看似未声明的num进行赋值
        num = 2;
        //由于变量定义在后所以不能对这个变量进行调用，但是可以对他进行初始化
        //System.out.println(num);
    }
    //在链接阶段结束后会进入到初始化阶段 会对num的值进行覆盖，由于静态代码块优先加载
    //所以会先赋值为2  然后再覆盖为1
    private static int num = 1;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(JvmDemo.num);
    }
}

2、类加载器的分类

在JVM规范中，将类的加载器分为两大类: 引导类加载器(Bootstrap)和自定义类加载器(User-Defined ClassLoader) ,从概念上将，自定义加载器是开发人员自己定义的类加载器，但在JVM规范中并没有这么定义，而是将所有派生于抽象类CLassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器，无论类加载器如何划分，在程序中常见的类加载器只有三个:引导类加载器、扩展类加载器、系统类加载器。

public class ClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        //获取当前类的加载器
        //对于用户自定义类来说，默认使用系统类加载器
        java.lang.ClassLoader classLoader = ClassLoader.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader); //jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@63947c6b

        //获取系统类加载器的上层
        //从jdk9之后将 extensionClassLoader --->扩展类加载器 改为了 PlatformClassLoader -->平台类加载器
        java.lang.ClassLoader PlatformClassLoader = classLoader.getParent();
        System.out.println(PlatformClassLoader);//jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@776ec8df

        //试图获取上层的引导类加载器
        java.lang.ClassLoader bootstrapClassLoader = PlatformClassLoader.getParent(); 
        System.out.println(bootstrapClassLoader); //null

        //查看系统类的加载器类型
        java.lang.ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        //说明系统核心类库中类的加载器使用引导类加载器实现
        System.out.println(classLoader1); //null
    }
}