Java核心篇之JVM战场

JVM前置知识

1.JVM是一个字节码指令执行引擎
1）类似计算机的cpu，cpu就是机器指令的执行引擎
2）注意：JVM是编译后的class文件指令的执行引擎，而不是java文件源程序的执行引擎
3）所以，JVM可以服务于Java以外的编程语言，只要编程语言编译出来的指令文件符合字节码指令规范
2.CPU和JVM的关系
1）CPU是机器指令的执行引擎
2）JVM是C语言写的，JVM也可以理解为C程序，其运行之前需要编译成机器指令
3）启动JVM，就可理解为CPU执行机器指令（JVM编译后的机器指令）
3.机器指令和字节码指令的关系
1）机器指令是CPU解释和执行
2）字节码指令是JVM解释和执行
3）JVM解释的方式：把每一个字节码指令映射成一组机器指令
3.JVM如何执行字节码指令
1）在CPU按顺序执行机器指令时，每次执行前都会记录当前指令到CS：IP寄存器
2）但执行到某条机器指令时，指令作用是修改CS：IP寄存器的值，则CPU跳到另一段机器指令去执行（JVM运行字节码指令的关键）
3）JVM编译之后就是机器指令，启动JVM，就是CPU执行JVM编译过后的机器指令
4）启动的JVM能执行相应的脚本命令，例如字节码运行脚本：java Test.class(JVM执行字节码指令的入口)
5）JVM会把字节码二进制文件加载到内存（永久区）当中，构造出一个可管理的数据结构
6）然后在这个数据结构里面定位出main函数，然后解释和执行函数内的字节码指令
7）解释过程中：会把字节码指令进行映射，把每一个字节码指令映射出预设置好的一组机器指令
8）执行过程中：定位出相应的机器指令后，JVM就会修改CS：IP寄存器的值，使其指向那一组机器指令的首地址
9）这时候涉及到一个CPU的执行跳转：JVM编译后的机器指令–》一个字节码指令对应的一组机器指令

JVM的核心概念

1.字节码规范（描述类的文件）
1）魔数（校验）
2）JDK大小版本号
3）常量池个数，常量池数组
4）父类
5）当前类
6）类限定符（public）
7）接口个数，接口数组
8）属性个数，属性数组
9）Method：方法的元信息，Methods_count：方法个数，Methods：方法元数组
10）Attribute：方法运行环境描述符+方法具体指令集，Attributes_count：Attribute个数，Attributes：Attribute数组
2.Method和Attribute的关系
1）Method主要组成：方法限定符（public），方法名，入参出参描述信息，Attribute（方法运行环境描述符+方法具体指令集）
2）Attribute主要组成：max_stack（操作数最大栈空间），max_locals（局部变量数目），code（具体方法字节码指令集）等
3）Method是方法的描述信息，Attribute是方法运行环境描述符+方法具体指令集
3.JVM描述字节码元素的方式
1）字节码规范指class文件元素组成成分，例如常量池就是class文件其中一个元素
2）当class文件元素保存在硬盘文件时，元素的含义是以二进制的数字来表达的
3）JVM把文件读到内存时，所有二进制含义的元素会被转换成程序定义相应的数据结构
4）例如：ConstantPoolOop（常量池）就是JVM描述class二进制文件中常量池元素的数据结构
4.JVM描述Java类文件的方式
1）我们知道一个Java类文件，编译后就是一个class字节码文件
2）与其说是JVM描述Java类文件，不如说是描述class字节码文件
3）JVM把class字节码文件构造成一个klass类型的数据结构（包含属性和方法的描述信息）
5.JVM建立的三维模型
1）潜在的联系：虚拟机栈中的引用，堆中的对象，永久区的类结构（klass类型的数据结构）
2）上述中的三个概念，JVM建立了一个三维模型（handle，oop，klass）来描述这个潜在的联系
3）例子：Student stu = new Student();
4）handle就是stu，handle具有oop的引用
5）oop是new指令创建的内存指针，指向new出来的对象内存空间，内存空间具有klass引用
6）klass就是Student字节码