JVM简介

JVM是Java Virtual Machine的简称,意为Java虚拟机.

在java中,它归属于jre(java运行时环境), 而jre归属于jdk(java开发工具包).

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.

常见的虚拟机:JVM, VMwave, VirtualBox.

 JVM和其他两个虚拟机的区别:

1.VMwave与VirtualBox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的寄存器,其它的寄存器都进行了裁剪.

JVM是一台被定制过的现实不存在的计算机.

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是怎么执行的呢?

我们知道,java属于半编译半解释的语言.java这么设定,还是为了"跨平台",java不想重新编译,而是期望能够直接执行.

程序在执行之前先通过javac将java代码转换成字节码(.class文件),包含的就是java字节码(java自己搞得"CPU"指令). 然后再在具体的系统平台上执行jvm,把上述字节码转换成cpu能识别的机器指令(这其中,jvm就是一个"翻译官").

因此,我们编写和发布一个java程序,其实只需要发布.class即可,jvm拿到.class文件就知道如何转换. Linux/Windows上的jvm就可以把.class转换成linux/windows上能支持的可执行指令了.

不同平台的jvm是存在差异的.不是同一个!对上(给java层面提供的内容)是统一一致的.

Java内存的划分

JVM其实也是一个进程(任务管理器中看到的java进程),进程进行的过程中,要从操作系统中申请一些资源(内存就是其中的典型资源).

这些内存资源,就支撑了后续java程序的执行.比如,在java中定义变量(就会申请内存),内存其实就是从jvm系统这里申请的,jvm是"二房东". (jvm从系统中申请了一大块内存,这一大块内存,给java程序使用的时候,又会根据实际的使用用途分出不同区域("区域划分")).

划分后的布局就是JVM运行时数据区. JVM运行时数据区也叫内存布局,但需要注意的是它和Java内存模型(JMM)完全不同,属于完全两个不同的概念,由以下5大部分组成:

1.堆: 代码中new出来的对象,都是在堆里. 对象中持有的非静态成员变量,也是在堆里.(对于所有线程来说,只有一份)

2.栈: 分为本地方法栈和虚拟机栈. 本地方法栈是指在jvm内部,通过C++写的代码,调用关系和局部变量(一般不会关注本地方法栈,一般说到栈,默认指的是虚拟机栈).  虚拟机栈:记录了java代码的调用关系和java代码的局部变量.  (对于这两个栈来说,它们可以有n份,由于每个线程有自己的执行流,所以每个线程可以有只记得栈). 

3.程序计数器:这是个区域比较小的空间,专门用来存储下一跳要执行的java指令地址.(与栈相同,也是每个线程有自己的程序计数器)

4.元数据区(以前的java版本中,也叫"方法区",从1.8开始,就改了名字).

"元数据"是计算机中的一个常见术语,往往指的是一些辅助性质的,描述性质的属性.比如:

硬盘上不仅仅要存文件的数据本体,还需要存储一些辅助信息: 比如:文件的大小,文件的位置,文件的拥有者,文件的修改时间,文件的权限信息. 这些就统称为"元数据".

而元数据区类似:保存了类的信息,方法的信息,一个程序有哪些类,每个类中有哪些方法,每个方法里面都要包含哪些指令,都会记录在元数据区中.

我们平时写的java代码,if,while,for等逻辑运算,这些操作最终都会被转换成java字节码.(通过javac将代码转换成字节码),此时这些字节码在程序运行时就会被jvm加载到内存中,放到元数据区里面.此时,当前程序要如何执行,要做那些事情,就会按照上述元数据区里的字节码依次执行了.

一个非常经典的笔试题

class Test {
    private int n;
    private static int m;
}

main() {
    Test t = new Test();
}

上述代码中,t,n,m各自处于JVM内存中的哪个区域?

(1)t是一个局部变量(引用类型), t这个变量本身是在栈上.

(2)n是Test的成员变量,n作为成员变量,就是处于堆上的.

(3)我们知道,static修饰的变量/方法,称为"类属性/方法",非static的变量/方法,称为实例"属性/方法".上述带有static修饰的变量就是在类对象中(Test.class),也就是在元数据区中.

JVM把.class文件加载到内存之后,就会把这里的信息使用对象来标识,此时这样的对象就是类对象. 类对象里包含了一系列信息(包括不限于:类的名称,类继承于哪个类,实现了哪些接口.都有哪些属性(啥名字,啥类型,啥权限), 有哪些方法(啥名字,啥参数,啥权限)).

.java文件中涉及到的信息都会在.class中有所体现(注释是不会包含的).

总结:区分一个变量在哪个内存区域中,最主要就是看变量的"形态"(局部变量,成员变量,静态成员变量).