java虚拟机（一）

最新推荐文章于 2025-05-24 19:41:07 发布

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本文深入介绍了Java虚拟机(JVM)的概念、生命周期、体系结构及内存管理。解释了JVM是如何加载类、执行代码以及管理内存的。此外还探讨了类加载机制、线程管理以及方法区、堆区和栈区的具体运作。

java虚拟机

JAVA虚拟机是什么？

1.抽象规范
2.一个具体实现
3.一个运行中的虚拟机实例

java虚拟机规范只是概念，具体的实现是来自于不同的提供商，并存于多个平台，用软件实现或者软件硬件结合实现。运行一个java程序同时，也就运行了一个java虚拟机实例。

java虚拟机的生命周期

运行一个java虚拟机，java程序启动，虚拟机启动。java程序关闭，虚拟机消亡。每个java程序都有单独的JAVA虚拟机实例。

java程序初始类中的main()方法，是程序初始线程的的起点，其他任何线程都是由初始线程启动的。

java虚拟机中有两种线程，守护线程和非守护线程；守护线程就是虚拟机自己使用（比如垃圾回收任务线程），当时也可以吧任何创建的线程标记为守护线程，初始线程是非守护线程

只要有非守护线程运行，java虚拟机仍然存活。

java虚拟机的体系结构

java虚拟机规范中：虚拟机实例行为按照子系统、内存区、数据类型、指令来描述。这几种组成一起展示了虚拟机内部抽象体系结构。规范只是定义外部特征。

这里写图片描述

类装载器子系统：根据给定的全限定名来装入类型（类或接口）
执行引擎：负责执行包含在被装载类中方法的指令
运行时数据区：存储字节码、从已装载的class文件中得到的其他信息、程序创建的对象、传递给方法的参数、返回值、局部变量、以及运算的中间结果等等。

1.运行时数据区是抽象概念，结构实现的细节由具体实现的设计者决定。使得java虚拟机可以很容易的在各种计算机上实现。

2.某些运行时数据区是由程序中所有线程共享，有些是独享。每个JAVA虚拟机实例都有一个方法区以及一个堆，他们是由该虚拟机实例所有线程共享。

3.java栈是由许多栈桢组成，一个栈桢包含一个java方法的调用状态。当一个线程调用一个java方法时，虚拟机压入一个行的栈帧到改栈中，当方法返回时，这个栈帧从java栈中弹出并抛弃。

4.java虚拟机没有寄存器，其指令集使用java栈来存储中间数据。

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1.数据类型

这里写图片描述

1.用int或者byte来表示boolean。
2.boolean数组当做byte数组来访问。
3.内部使用的基本类型：returnAddress,程序员不能使用，是用来实现java程序中的finally子句。

2.字长

java虚拟机中最基本的数据单元就是字，虚拟机设计者决定大小，字长必须足够支持所有类型，两个字长可以支持long和double，至少需要32位

类装载器子系统

1. JVM三种预定义类型类加载器

1.启动（Bootstrap）类加载器：引导类装入器是用本地代码实现的类装入器，它负责将 /lib下面的核心类库或-Xbootclasspath选项指定的jar包加载到内存中

2.扩展（Extension）类加载器：扩展类加载器是由Sun的ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

3.系统（System）类加载器：系统类加载器是由 Sun的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径java -classpath或-Djava.class.path变量所指的目录下的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。

2.类加载双亲委派机制

JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲，就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

这里写图片描述

系统类加载器的父类加载器是标准扩展类加载器，标准扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器

注意：编写自定义类加载器时不建议用户覆写loadClass(…)方法，而是覆写findClass(…)逻辑。

“`
//用户自定义类加载器WrongClassLoader.Java（覆写loadClass逻辑）
public class WrongClassLoader extends ClassLoader {

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
    return this.findClass(name);  
}  

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
    // 假设此处只是到工程以外的特定目录D:\library下去加载类  
    // 具体实现代码省略  
}

}

“`

方法区堆栈

堆区:所有对象的实例分配都在Java堆上分配内存，堆大小由-Xmx和-Xms来调节

1.存储的全部是对象，每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令)
2.jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身

栈区:栈是存放线程调用方法时存储局部变量表，操作，方法出口等与方法执行相关的信息，栈大小由Xss来调节，方法调用层次太多会撑爆这个区域

1.每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中
2.每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。
3.栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。

方法区:方法区是存放虚拟机加载类的相关信息，如类、静态变量和常量，大小由-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来调节，类太多有可能撑爆永久带

1.又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。
2.方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。
3.存放了类而不是实例，虚拟机会在需要装载的时候，通过常量池中的引用读取方法区中的class类然后在堆中开辟出实例额的空间。

public   class  AppMain                

//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区

{

public   static   void  main(String[] args)  //main 方法本身放入方法区。

{

Sample test1 = new  Sample( " 测试1 " );   //test1是引用，所以放到栈区里， Sample是自定义对象应该放到堆里面

Sample test2 = new  Sample( " 测试2 " );

test1.printName();

test2.printName();

}

}

堆区

1.堆空间存储者类的实例，不必是连续的内存空间
2.JAVA虚拟机没有规定JAVA对象在堆中如何表示，由JAVA虚拟机实现者决定
3.可能的两种设计：
一个句柄池，一个对象池,一个指向对象实例的指针，一个指向方法区类型数据的指针，有利于堆碎片的整理。
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对象指针指向一组数据，而该数据包括对象实例数据以及指向方法区中类数据的指针。一个指针就可以访问对象，但是移动对象变得更复杂。
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方法表：

不管虚拟机实现什么样的对象表示法，很可能每个对象都有一个方法表，因为加快了调用实例方法时的效率，但是JAVA虚拟机规范并未要求必须使用方法表，所以一些严格内存资源限制的代码中并不会使用
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程序计数器

JAVA中的PC寄存器，大小是一个字长，能够持有一个本地指针，也能够持有一个returnAddress。PC寄存器中的内容总是吓一跳将被执行命令的”地址”。这里的地址可以是方法字节码中相对于该方法起始指令的偏移量。如果执行的是本地方法PC寄存器的值是”undefined”

java栈

启动新线程时，java虚拟机都会为他分配一个JAVA栈，栈以帧为单位保存线程的运行状态。虚拟机只会对java栈执行两种操作：已帧为单位压栈或出栈。

某个线程正在执行的方法被称为该线程的当前方法，当前方法使用的帧称为当前帧，当前方法所属的类称为当前类，当前类的常量池称为当前常量池。

每当线程调用一个java方法视，虚拟机都会在该线程的java栈中压入一个新帧，这个新帧就会成为当前帧，当执行这个方法时，他使用这个帧来存储参数，局部变量，中间运算结果。

方法可以用两种方式完成。一种通过return返回的，一种通过抛出异常终止。都会将该当前帧弹出java栈释放掉。

java栈上的所有数据都是私有的

和方法区一样内存不必连续。

栈帧

局部变量区，操作数栈，帧数据区。

局部变量区

JAVA栈帧的局部变量区被组织为一个以字长为单位、从0开始计数的数组，字节码指令通过从0开始的索引来使用其中的数据。类型为int、float、reference和returnAddress的值在数组中只占据一项，而类型为byte、short和char的值在存入数组前都将被转化未int值。long和double的值占据连续的两项。

局部变量区包含对应方法的参数和局部变量

操作数栈