JVM笔记

一.JVM体系结构

1.JVM简介

1.开发语言热度排行榜：http://www.tiobe.com/tiobe-index/

2.了解Java的特性：
是一种跨平台的语言，可在大量的平台上运行，一次编译，到处运行

3.了解JVM:
是一种跨语言的平台，其他语言通过编译生成字节码文件都可在JVM虚拟机上运行,他并不关心运行在其内部的程序是由何种语言编写的，只关心字节码文件，不会和JAVA语言实现 终身绑定

4.字节码：
Java字节码是指使用Java语言编译成的字节码，准确的说，任何能在JVM平台上执行的字节码格式都是一样的，统称为JVM字节码，所以JVM虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式——class文件格式有关联(class文件中包含了Java虚拟机指令集—字节码，和符号表还有一些其他辅助信息)

2. 虚拟机与Java虚拟机

1）虚拟机：
就是一台虚拟的计算机，是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令，总的来说，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机

系统虚拟机：完全对物理计算机的方针，提供一个可运行完整操作系统的软件平台，例如Visual Box,VMware
程序虚拟机：专门为执行单个计算机程序而设计，例如Java虚拟机,在Java虚拟机中执行的指令我们成为Java字节码指令
无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中，比如内存大小，磁盘大小等

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

作用：
		Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释编译为对应平台上的机器指令执行
特点：
		一次编译，到处运行
		自动内存管理
		自动垃圾回收功能

3）JVM的位置

3. JVM的整体结构

HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一，它采用解释器与即时编译器并存的架构

4.Java代码执行流程

5.JVM的架构模型

Java编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构
两种架构之间的区别：

基于栈式架构的特点：
			设计和实现更简单，使用与资源受限的系统
			避开了寄存器的分配难题，使用零地址指令方式分配
			指令流中的指令大部分都是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈，指令集更小编译器容易实现
			不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
基于寄存器架构的特点：
			典型的应用是x86的二进制指令集：比如传统PC以及Android的Davlik虚拟机
			指令集架构则完全依赖硬件，可移植性差
			性能优秀和执行更高效
			花费更少的指令去完成一项操作
			在大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令，二地址指令和三地址指令为主，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主

由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的，不同CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的，优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令

6.JVM虚拟机的生命周期

1）虚拟机的启动：
Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的

2）虚拟机的执行：
一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序，程序开始执行时，它才开始运行，程序结束时，它就停止
执行一个所有的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程

3）虚拟机的退出：
有如下情况：
① 程序正常执行结束，
② 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
③ 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
④ 某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作

7.JVM发展历程

1）Sun Classic VM：
世界上第一款商用Java虚拟机，内部只提供解释器，如果使用JIT编译器(即时编译器)，则需要外挂JIT，JIT就会接管虚拟机的执行系统，解释器就不在工作，解释器和编译器不能一起使用

2）Exact VM：
准确式内存管理，虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型，采用编译器与解释器混合工作模式

3）HotSpot VM：
具有绝对的市场地位，是 Oracle JDK 和 OpenJDK的默认虚拟机
它的名称就是特指的是它的热点代码探测技术：
① 通过计数器找到最具编译价值代码，触发即时编译或栈上替换
② 通过编译器与解释器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡

4）JRockit VM：
不关注程序启动速度，所以JRockit内部不包含解析器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行，所以JRockit VM是世界上最快的JVM
使用方向上在财务、军事指挥、电信网络等面向延迟敏感类型应用

5）J9 VM：
市场定位与HotSpot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途，在IBM公司自己的系统中使用速度最快

6）其他还有 KVM和CDC / CLDC Hotspot、Azul VM、Liquid VM、Apache Harmony、Microsoft JVM、TaobaoJVM

二.类加载子系统

1.内存结构概述

2.类加载器与类的加载过程

1.类加载器子系统作用

• 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定
• 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，方法区还会存放运行时常量池信息，可能包括字符串字面量和数字常量

2.类加载器ClassLoader角色

3.类的加载过程

3.类的加载过程

类的加载过程——加载（loading）

1.通过一个类的全限定名(包名+类名获取定义此类的二进制字节流
2.将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3.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

类的加载过程——链接（Linking）

验证（Verify）

目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全
主要包括四种验证：文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证

准备（Prepare）

• 为==类变量(静态变量)==分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值
• 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显示初始化
• 这里不会为实例变量(类中成员变量)分配初始值，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中

解析（Resolve）

• 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
• 事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行
• 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，符号引用的字面量形式明确定义在《Java虚拟机规范》的Class文件格式中，直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
• 解析动作主要针对类或接、字段、类方法、接口方法、方法类型等、对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等

类的加载过程——初始化（Initial）

• 初始化阶段就是执行类构造器方法 < clinit > ()的过程
  类构造器方法: 就是类中定义的静态变量和静态属性，他们对变量的赋值操作顺序取决在类中声明的顺序
• 此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来
• 构造器方法中指令按照在源文件中出现的顺序执行
• < clinit >()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的< init >() ）
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的< clinit >() 执行前，父类的< clinit >() 已经执行完毕
• 虚拟机必须保证一个类的< clinit >() 方法在多线程下被同步加锁

4.类加载器分类

JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（BootstrapClassLoader）和自定义类加载器（User-DefinedClassLoader）

从概念上来讲，自定义加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，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（Extension Class Loader 和 System Class Loader 都派生于抽象类ClassLoader）

无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个：
Bootstrap Class Loader、Extension Class Loader、System Class Loader 、User Defiined Class Loader(自定义类加载器)


关于ClassLoader
ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承ClassLoader(不包括引导类加载器)
ClassLoader常用API: