JAVA虚拟机-（读书笔记）

首先Java源文件经过前端编译器将.java文件编译为Java字节码文件，然后JRE加载Java字节码文件，载入系统分配给JVM的内存区，然后执行引擎解释或编译类文件，再由即时编译器将字节码转化为机器码

类加载的过程

1.装载
装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类名、类所在的包名通过ClassLoader来完成类的加载，同样也采用以上三个元素来标识一个被加载了的类：类名+包名+ClassLoader实例ID。
2.链接
链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量以及解析类中调用的接口、类。完成校验后，JVM初始化类中的静态变量，并将其值赋为默认值。最后对类中的所有属性、方法进行验证，以确保其需要调用的属性、方法存在，以及具备应的权限（例如public、private域权限等），会造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等错误信息。
3.初始化
初始化过程即为执行类中的静态初始化代码、构造器代码以及静态属性的初始化，在四种情况下初始化过程会被触发执行：
调用了new；
反射调用了类中的方法；
子类调用了初始化；
JVM启动过程中指定的初始化类。
类加载机制

Java程序并不一个可执行文件，是由多个独立的类文件组成。这些类文件并非一次性全部装入内存，而是依据程序逐步载入。自顶向下加载类，自低向上检查类是否加载。
类加载器
双亲委派机制（默认）：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。
破坏双亲委派机制：线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader），这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置，如果创建线程时还未设置，它将会从父线程中继承一个，如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话，那么这个类加载器就是应用程序类加载器。例如：JNDI、JDBC。
执行引擎
所有的 Java 虚拟机的执行引擎都是一致的：输入的是字节码文件，处理过程是字节码解析的等效过程，输出的是执行结果。
**栈帧（Stack Frame）**是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈（Virtual Machine Stack）的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。

局部变量表（Local Variable Table）：一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。
操作数栈（Operand Stack）：也常称为操作栈，它是一个后入先出（Last In First Out，LIFO）栈，存放操作数的栈结构。
动态连接（Dynamic Linking）：每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。通过前面的讲解，我们知道 Class 文件的常量池中存有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就转化为直接引用，这种转化成为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用，这部分成为动态连接。
方法返回地址：方法被执行后，有两种方式退出这个方法。第一种方法是执行引擎遇到任意一个方法的返回的字节码指令。另外一种退出方式是在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常并没有在方法体中得到处理。方法退出之后，需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时需要在栈帧中保存一些信息，用以帮助它恢复它上层方法的执行状态。一般情况下，调用者的pc计数器的值可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这个计数器值，方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，所以可能需要执行这些操作：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值压入调用者栈的操作数栈中，调整pc计数器的值。
附加信息：虚拟机规范允许具体的虚拟机实现增加一些规范里没有描述的信息到栈帧之中，例如与调试相关的信息，这部分信息完全取决于具体的虚拟机实现。在实际开发中，一般会把动态连接、方法返回地址与其他附加信息全部归为一类，称为栈帧信息。

方法调用
方法调用并不等同于方法执行，方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本（即调用哪一个方法），暂时还不涉及方法内部的具体运行过程。Java 虚拟机里面提供了 5 条方法调用字节码指令。
invokestatic：调用静态方法。
invokespecial：调用实例构造器 方法、私有方法和父类方法。
invokevirtual：调用所有的虚方法。
invokeinterface：调用接口方法，会在运行时再确定一个实现此接口的对象。
invokedynamic：先在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，然后再执行该方法，再次之前的 4 条调用指令，分派逻辑是固化在 Java 虚拟机内部的，而 invokedynamic 指令的分配逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。
运行时数据区

1.程序计数器
是一块小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器【java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个去顶的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条程序中的指令，为了程序切换后能够恢复到正确的执行未知，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域为“线程私有”的内存】
2.java虚拟机栈
描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。一个方法对应一个栈帧
3.本地方法栈
和Java虚拟机栈很类似，不同的是本地方法栈为Native方法服务。
4.java堆
是java虚拟机中管理内存最大的一块，也是垃圾收集器管理的主要区域，在虚拟机启动时创建，存放对形象的实例，可分为新生代和老年代（在细可分Eden，From Survivor、ToSurvivor）
5.方法区
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
6.运行时常量池
它是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。
【intern()方法设计的初衷，就是重用String对象，以节省内存消耗，运行时间增加了】
7.直接内存
并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁使用，大小不受Java堆大小的限制，受本机(服务器)内存限制。

参考文献 《深入了解java虚拟机》《java并发编程实战》