深度解析JVM

-隐函数-

已于 2022-06-02 00:14:47 修改

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分类专栏： java 文章标签： java p2p 开发语言

于 2022-06-01 00:32:59 首次发布

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一、JVM解析

jvm是Java Virtual Machine (Java虚拟机) 的缩写，jvm是一种用于计算设备的规范，它是一个虚拟出来的计算机，是通过再实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入了Java虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新的编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成虚拟机上运行的目标代码(字节码)，就可以在各种平台上不加修改的运行，Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行，这就是Java的能够"一次编译，到处运行的原因"

也就是说java是一门跨平台的语言是因为java运行在jvm中，但是jvm是分不同版本的，只要我们把需要运行的java代码放在不同版本的jvm当中，那么就可以实现java的一次编译到处运行

二、JVM的生命周期

jvm也是有生命周期的，当jvm运行的时候，jvm就相当于一个软件，存在于内存当中，

jvm的启动

启动一个java程序时，一个JVM实例就产生了，任何一个拥有public static void main(String args[]) 函数的class 都可以作为jvm实例运行的起点

jvm在javase当中当启动main方法的时候jvm就会启动

在javaWeb当中当tomcat启动的时候，就会启动jvm

jvm的运行

main()作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均由该线程进行启动

jvm在javase当中当程序在main方法中进行逻辑语句计算的时候，jvm就在运行

在javaWeb当中当tomcat运行的时候，jvm就会运行

jvm的消亡

当程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出，若安全管理器允许，程序也可以使用Runtime类或者System.exit() 来退出

【finally一定会执行到吗】不一定，当在finally之前执行了System.exit() 那么finally就不会被执行

【总结】当在电脑上运行一个程序时，就会运行一个java虚拟机，java虚拟机总是开始于main方法，main方法时线程的起点

三、java的线程

java的线程一般分为两种：守护线程和普通线程。

守护线程：是java虚拟机自己使用的线程，比如GC线程(垃圾回收) 就是一个守护线程，当然你可以把自己的线程设置为守护线程。

【注意】main方法启动的初始线程不是守护线程

普通线程: java中我们编写的线程

只要java虚拟机中还有普通线程在执行，java虚拟机就不会停止，如果有足够的权限，你可以调用exit() 方法终止线程

四、jvm的体系结构

类加载器

当我们编写.java文件的时候，我们经过javac编译之后会变成.class文件，此时我们的文件放在了磁盘当中，jvm中的类加载器会把磁盘中的文件放在电脑的内存当中，我们的java程序必须在内存里才能够运行

类加载器的任务是根据类的全限定名(包名) 来读取类的二进制字节流(.class文件)到JVM中，然后转换成一个与目标类对象的java.lang.Class对象的实例，在虚拟机中提供三种类加载器，启动类加载器，扩展类加载器，应用类加载器

启动类加载器(Bootstrap Class-Loader) , 加载jre/lib包下面的jar文件，比如说常见的rt.jar

扩展类加载器(Extesion or Ext Class-Loader) , 加载jre/lib/ext 包下面的jar文件

应用类加载器(Applocation or App Class-Loader) , 根据程序的类路径(classpath)来加载java类，也就是加载我们自己引的额外的jar包

【类加载器的加载顺序】

运行的时候：应用程序类加载器---> 扩展类加载器 ---> 启动类加载器

当程序运行的时候先加载应用程序类加载器，检查该加载器发现有一个父加载器叫做扩展类加载器，检查扩展类加载器的时候发现有一个父加载器叫做启动类加载器

加载的时候：启动类加载器---> 扩展类加载器 ---> 应用程序类加载器

【什么是双亲委派模型】

一旦父加载器加载过某个类，子加载器就不再加载，因为在加载的时候是通过完整的包名，类名来判断，jvm中不允许存在和系统一模一样的类，目的是禁止破坏java

【自己编写一个类，包名，类名和系统的完全一致，能否被加载运行，为什么】

正常来说，不能够被运行，因为jvm中不允许存在和系统一模一样的类，因为这样会发生安全问题，破坏java，但是如果我们可以破坏双亲委派模型，这样的话就可以进行加载了

【如何破坏双亲委派模型】

【类加载器的加载过程是什么】

加载Loading

类加载过程的一个阶段，ClassLoader通过一个类的完全限定名查找此类的字节码文件，并利用字节码文件创建一个对象 JVM在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源(可能是class文件、也可能是ajr包、甚至网络的包)转化为二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的java.lang.Class对象

验证Verification

目的在于确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，不会危害到虚拟机自身的安全，主要包括四种验证，文件格式的验证，元数据的验证，字节码的验证，符号引用验证

JVM会在该阶段进行一些重要的检查

确保二进制字节流格式符合预期（比如说是否以 cafe bene 开头）。
是否所有方法都遵守访问控制关键字的限定。
方法调用的参数个数和类型是否正确。
确保变量在使用之前被正确初始化了。
检查变量是否被赋予恰当类型的值。

准备Preparation

为类变量(static修饰的字段变量) 分配内存并且设置该类变量的初始值，如static int i = 5 这里只是将 i 赋值为0，在初始化的阶段再把 i 赋值为5)，这里不包含final修饰的static，因为final在编译的时候就已经分配了，这里不会为实例变量(无static修饰的)分配初始化，类变量会分配在方法区中，实例变量会随着对象分配到java堆中

解析Resolution

这里主要的任务是把常量池中的符号引用替换成直接引用

该阶段将常量池中的符号引用转化为直接引用。

符号引用：

以一组符号（任何形式的字面量，只要在使用时能够无歧义的定位到目标即可）来描述所引用的目标

直接引用:

通过对符号引用进行解析，找到引用的实际内存地址，将符号进行替换掉

因为常量在编译的时候就已经分配了内存，以String举例子，String的底层就是final修饰的char，假如说在不同的作用域或者不同的方法中我们定义了两个String类型的变量全部赋值为abc，abc这个时候在常量池当中的在刚开始创建的时候我们创建并不会直接给我们赋值abc而是用符号来代替，所以说编译的时候我们并不是直接给他存值，而是用符号进行记录，在解析的时候我们去常量池进行查询，看常量池中有没有我们需要的值，这个值的内存地址我们在编译的时候就已经创建了

初始化Initialization

这里是类加载的最后阶段，如果该类具有父类就进行父类的初始化，以及给静态变量进行赋值，执行静态代码块和静态初始化成员变量

【类加载的时机】

隐式加载：new创建类的实例

显示加载：loaderClass，forname等

访问类的静态变量，或者为静态变量赋值，调用类的静态方法

使用反射的方式创建某个类或者接口对象的Class对象初始化某个类的子类

直接使用java.exe命令来运行某个主类

执行引擎

执行引擎就是用来执行我们的字节码，也就是执行我们的目标代码

运行时数据区

方法区：静态成员，常量，类的信息例如包名，类的构造方法信息存的是类对象但是new出来的在堆中，方法区的内容各线程都可以使用，类加载器加载的东西在方法去里边

堆：new 的对象，也就是引用数据类型，堆空间的内容各线程都可以使用，只用堆需要GC回收

【说明】方法区和堆区的线程可以共享

本地方法栈：用来存储第三方的

虚拟机栈：用来存局部变量

程序计数器：用来记录多线程情况下，某一线程在时间片轮转的情况下轮转到了什么地方，下一次在该地方继续运行(也就是存行号的，记录代码运行到第几行了)，程序计数器私有，每个线程都有自己的程序计数器，

【运行时数据区里的5个区域，都哪些会发生内存溢出的异常】

方法区、虚拟机栈、堆

五、堆内存划分概述

jdk1.8之前把堆内存划分为三个部分，分别是新生代，老年代，永久代，永久代是用来放我们的常量，静态变量，等，但是在jdk1.8开始，取消了永久代得概念，并把常量，静态变量拿到了我们的

方法当中去

【为什么分新生代和老年代】

降低GC的回收频率

一个对象创建完成也就是new之后，首先放在了新生代里的 E F 中，新生代对象经过一次GC回收之后，80%的几率被回收走了，新生代的垃圾回收算法叫做复制算法，复制算法的基本思想是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还存活的对象复制到另一块上面，复制算法不会产生内存碎片

在新生代当中一共分为三个区域，分别是 E区 F区 T区 F区和T区又叫S区

gc开始之前，对象存在E区和S区中的F区中，T区是空的，在经历过一次gc之后，我们把E区还存活下来的对象复制在T区，而f区根据年龄来划分，达到年龄这个阈值 15 的话(也就是回收了15次还没被回收掉，15可调节) 就移到了老年代，而没有达到的被复制到T区，这个时候E区和S区中的F区就被清空了

老年代中存放到是程序中声明周期较长的内存变量，采用的是清除算法，

六、GC的方法

GC可分为三种：Minor GC Major GC 和 Full GC

Minor GC ：是清理新生代。触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。

Major GC：是清理老年代。是 Major GC 还是 Full GC，大家应该关注当前的 GC 是否停止了所有应用程序的线程，还是能够并发的处理而不用停掉应用程序的线程。

Full GC ：是清理整个堆空间—包括年轻代和老年代。触发条件：调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行;老年代空间不足;方法区空间不足；通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存；由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小