JAVA虚拟机JVM工作原理

JAVA虚拟机JVM工作原理

 

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提起JAVA，都知道它有个虚拟机，因此可以跨平台，一次编写，到处运行。但具体原理是咋样的？身为JAVA小白，岂可不知！

一、原理
二、结构
1、类加载器
2、执行引擎
3、运行时数据区域

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一、原理
JVM实现了JAVA语言最重要的特征：平台无关性。其原理：java程序并不直接在操作系统上执行，而是由JVM执行。JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使得JAVA程序只需编译成适应JVM，可以在JVM上运行的目标代码（.class）就行，JVM再负责解释成具体平台的机器指令执行。同时，JVM还会进行安全检查，是java程序的安全检验引擎。

二、结构
JVM由三大部分组成：

1、类加载器
2、执行引擎
3、运行时数据区域

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1、类加载器
具体作用就是将.class文件加载到jvm虚拟机中去，程序就可以正确运行了。但是，jvm启动的时候，并不会一次性加载所有的.class文件，而是根据需要去动态加载。

类的加载过程采用双亲委派模型：

1）当前类加载器首先检查自己的加载清单，如果存在该类，则返回之；

2）如果没找到，委托父类加载器去加载；父类加载器重复动作1，递归至祖宗bootstrap ClassLoder（我靠，bootstrap，还以为是前端框架呢。bootstrap，引导之意）；

3）都没有，仍然由当前类加载器加载，并纳入自己缓存中。

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采用双亲委派模型，目的在于更好的保证Java平台的安全。所谓的安全，是指java的核心类被用户自己编写的类所替换。由于核心类在虚拟机初始化时就已加载，而每次加载类前先检查是否存在，所以可以避免核心类被替换。

各种类加载器：

Bootstrap class loader： 父类
当运行 java 虚拟机时，这个类加载器被创建，它负责加载虚拟机的核心类库，如 java.lang.* 等。例如 java.lang.Object 就是由根类加载器加载的。需要注意的是，这个类加载器不是用 java 语言写的，而是用 C/C++ 写的。

Extension class loader:
这个加载器加载出了基本 API 之外的一些拓展类。

AppClass Loader（SystemAppClass）:
加载应用程序和程序员自定义的类。

2、执行引擎
作用： 执行java编译好的字节码，或者执行本地方法

3、运行时数据区域
JVM 运行时数据区域 (JVM Runtime Area) 其实就是指 JVM 在运行期间，其对JVM内存空间的划分和分配。JVM在运行时将数据划分为6个区域来存储：

Program Counter (PC) Register：程序计数器

Java Virtual Machine Stacks：Java虚拟机栈

Heap Memory：堆内存

Method Area：方法区

Run-time Constant Pool：运行时常量池

Native Method Stacks：本地方法栈

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我们写的所有程序都被加载到这里，按不同类别存放在

堆内存
Java虚拟机栈
本地方法栈
程序计数器
方法区

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1）从线程的角度理解Java Runtime Area

a.线程私有：
程序计数器 Java虚拟机栈 本地方法栈，生命周期与线程一致；

这3个内存区域是不需要进行垃圾回收的。因为他们的生命周期是和线程同步的，随着线程的销毁，他们占用的内存会自动释放。

b.线程共享：
堆内存，方法区，运行时常量池，生命周期与JVM一致。

方法区和堆内存需要进行垃圾回收，回收的对象就是那些不存在任何引用的对象。

2）从存储内容理解Java Runtime Area

方法区和常量池存储类的信息

堆内存存储对象信息

程序计数器，Java虚拟机栈，本地方法栈存储线程的信息

3）堆内存、方法区和运行时常量
方法区的作用是存储 Java 类的结构信息，当我们创建对象实例后，对象的类型信息存储在方法堆之中，实例数据存放在堆内存中；

运行时常量池是方法区的一部分，所以也是全局共享的。其作用是存储 Java 类文件常量池中的符号信息。

class 文件中存在常量池(非运行时常量池)，其在编译阶段就已经确定；JVM 规范对 class 文件结构有着严格的规范，必须符合此规范的 class 文件才会被 JVM 认可和装载。
运行时常量池 中保存着一些 class 文件中描述的符号引用，同时还会将这些符号引用所翻译出来的直接引用存储在 运行时常量池 中。
运行时常量池相对于 class 常量池一大特征就是其具有动态性，Java 规范并不要求常量只能在运行时才产生，也就是说运行时常量池中的内容并不全部来自 class 常量池，class 常量池并非运行时常量池的唯一数据输入口；在运行时可以通过代码生成常量并将其放入运行时常量池中。
同方法区一样，当运行时常量池无法申请到新的内存时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。

4）直接内存（Direct Memory）
直接内存并不是JVM管理的内存，而是JVM以外的机器内存。比如，你有4G的内存，JVM占用了1G，则其余的3G就是直接内存。

JDK中有一种基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的内存分配方式，将由C语言实现的native函数库分配在直接内存中，用存储在JVM堆中的DirectByteBuffer来引用。由于直接内存收到本机器内存的限制，所以也可能出现OutOfMemoryError的异常