【朝花夕拾】Android性能篇之（一）序言及JVM

序言

       轉載請聲明，轉自【http://www.javashuo.com/article/p-bkfkxpsc-er.html】，謝謝！

       筆者從事Anroid開發有些年頭了，深知掌握Anroid性能優化方面的知識的必要性，這是一個程序員必須修煉的內功。在面試中，它是面試官的摯愛，在工做中，它是代碼質量的攔路虎，其重要性可見一斑。在團隊中，性能優化的工做又每每由經驗豐富的老師傅來完成，可見要作好性能優化，毫不是一件容易的事情。

       性能優化方面涉及的知識點比較廣，有理論基礎知識，也有實際操做技能，筆者將經過一系列的文章來進行整理，將主要包括Java虛擬機、內存分配、垃圾回收，android虛擬機、進程管理、內存優化、內存泄漏，經常使用內存分析及優化工具介紹等。因爲筆者水平和經驗有限，也是在邊研究邊整理，有不當之處，請不吝賜教。

        當前系列內容已完成以下篇章：

      【朝花夕拾】Android性能篇之（一）序言及JVM篇

      【朝花夕拾】Android性能篇之（二）Java內存分配

      【朝花夕拾】Android性能篇之（三）Java內存回收

      【朝花夕拾】Android性能篇之（四）Apk打包

      【朝花夕拾】Android性能篇之（五）Android虛擬機

      【朝花夕拾】Android性能篇之（六）Android進程管理機制

前言

        之因此第一篇要先介紹JVM，是由於當前Android開發的主流語言是java，而JVM又是java程序進程生命誕生的地方。JVM就像盤古同樣開天闢地，在機器上開闢了一個虛擬的空間，而後纔有了java生存的土壤。JVM也是中高級程序員，架構師，系統調優師等職位所必需要了解甚至深刻掌握的知識點。固然，本系列的重點是內存及性能上的優化，因此本文只對JVM作必定概略性的講解，不作太深刻的研究。本文主要內容以下：

                       

1、什麼是JVM？

       我們這裏借鑑百度百科的解釋：

       JVM是Java Virtual Machine 的縮寫，即Java虛擬機，它是一種用於計算設備的規範，經過在實際的計算機上仿真模擬各類計算機功能來實現，能夠簡單理解爲，它是一個在實際計算機中虛構出來的寄生計算機。Java源文件通過編譯器編譯成.class文件（字節碼文件）後，由JVM來執行。JVM擁有一套支持java字節碼文件(.class文件)執行的環境，能夠將.class文件解釋成具體平臺上的機器指令並執行。Java程序只須要生成.class文件，便可以在任何裝有JVM的設備上運行，而不須要理會具體操做系統平臺相關的信息。此時的JVM就像一個翻譯官同樣鏈接鏈接着.class文件和系統平臺。Java的這個特性叫作平臺無關性，實現了「一次編譯，處處運行」，JVM就是實現Java這個功能的大功臣。

 

2、JDK,JRE,JVM是什麼關係？

       以下截圖爲JDK安裝包結構

        

  一、JDK

      Java Development Kit 的縮寫，即 Java開發工具包，提供了開發java程序所須要的基本條件。在上圖JDK安裝包截圖的紅色邊框中

• bin：最主要包含了編輯器javac.exe，功能是將java源文件編譯爲.class文件。
• include：包含了Java和JVM交互用的頭文件。
• lib：包含了java開發所需的類庫。
• jre：爲Java運行環境。

  二、JRE

       Java Runtime Environment的縮寫，即Java運行環境，下圖爲JRE文件夾的內容。注意，JRE是運行環境，而不是開發環境。

      

• bin：能夠理解爲JVM，其中javaw.exe或java.exe用於執行.class文件。
• lib：提供了JVM執行所須要的庫。

  三、JVM

        執行.class文件。

  四、結論

        這三者的關係能夠經過下圖(摘自某網站)來理解：JDK包含了JRE,JRE又包含了JVM(對於比較懶得童鞋，能夠先記住這個結論)。圖中提到的Java開發工具，集成有類庫和編譯工具，只需關聯jre便可。                

        

 

3、JVM的工做

  一、Java文件執行流程圖

       下圖顯示了JVM在java程序工做流中的位置，能夠結合前面的內容來看。

    

  二、JVM實際工做內容

      實際上JVM的執行過程當中，主要作了三個工做：

    （1）加載並執行.class文件；

    （2）管理並分配內存（推薦閱讀：【朝花夕拾】Android性能篇之（二）Java內存分配）；

    （3）執行垃圾回收（推薦閱讀：【朝花夕拾】Android性能篇之（三）Java內存回收）。

 

4、JVM生命週期

       一個JVM實例對應一個獨立運行的Java程序，是屬於進程級別的，也有本身的生命週期：

  一、啓動

        當啓動一個Java程序的時候，就產生了一個JVM實例。咱們還記得Java的入口函數 public static void main(String[] args)嗎？每一個擁有該函數的.class均可以做爲JVM實例運行的起點。

  二、運行

        main()做爲起點，啓動主線程，其餘任何線程都在該線程中啓動。JVM有兩種線程：User Thread（用戶線程）和Daemon Thread（守護線程：爲用戶線程服務的線程），main()線程爲用戶線程，而守護線程一般由JVM本身使用。

  三、消亡

        當程序中的全部用戶線程都終止時，JVM纔會退出，守護線程無線程須要服務了，也就跟着退出了歷史的舞臺。若安全管理器容許，程序也可使用Runtime或者System.exit()來退出。

 

5、JVM架構及工做原理

       

       上圖更詳細地展現了JVM的架構，由圖可知，JVM主要是劃分爲三個子系統 ：（1）類加載器子系統 （2）運行時數據區 （3）執行引擎 和Java本地接口、本地方法庫。

  一、類加載子系統(Class Loader SubSystem)

       Java的動態類加載功能由該子系統處理，當它在運行時（不是編譯時）首次引用一個類時，它加載、連接並初始化該類文件(.class文件)。

    （1）加載(Loading)

        類的加載在此組件中完成，加載過程主要由下面三個加載器實現：

        1）啓動類加載器(BootStrap class Loader)。負責從啓動類路徑中加載類，無非就是rt.jar。這個加載器會被賦予最高優先級。

        2）擴展類加載器(Extension class Loader)。負責加載ext目錄(jre\lib)內的類。

        3）應用程序類加載器(Application class Loader)。負責加載應用程序級別類路徑，涉及到路徑的環境變量等。

        這三個類加載器會遵循委託層次算法(Delegation Hierarchy Algorithm)加載類文件。

    （2）連接(Linking)

        該過程主要完成如下三個步驟：

        1）校驗(Verify)。字節碼校驗器會校驗生成的字節碼是否正確，若是校驗失敗，咱們會獲得校驗錯誤。

        2）準備(Prepare)。分配內存並初始化默認值給全部的靜態變量。

        3）解析(Resolve)。全部符號內存引用被方法區（Method Area）的原始引用所替代。

    （3）初始化(Initialization)

       這是類加載的最後階段，這裏全部的靜態變量會賦初始值，而且靜態塊將被執行。

  二、運行時數據區(Runtime Data Area)

       該部分將在後續的文章（【朝花夕拾】Android性能篇之（二）Java內存分配）中詳細講述，這裏不作贅述。

  三、執行引擎(Execution Engine)。

        分配給運行時數據區的字節碼將由執行引擎執行，執行引擎讀取字節碼並逐段執行。它包含了以下三個部分：解釋器、編譯器、垃圾回收器。

    （1）解釋器(interpreter)。

        解釋器可以快速地解釋字節碼，但執行卻很慢。它的一個缺點就是，當一個方法被調用屢次，每次都須要從新解釋。

    （2）JIT編譯器。

        JIT編譯器消除了解釋器的缺點，執行引擎利用解釋器轉換字節碼，但若是是重複的代碼，則使用JIT編譯器將所有字節碼編譯成本機代碼，本機代碼將直接用於重複的方法調用，這樣提升了系統的性能。它的工做由下面4個工具協同完成：

        1）中間代碼生成器。負責生成中間代碼。

        2）代碼優化器。負責優化上面生成的中間代碼。

        3）目標代碼生成器。負責生成機器代碼或本機代碼。

        4）探測器(Profiler)。一個特殊的組件，負責尋找被屢次調用的方法。

    （3）垃圾回收器。

       蒐集並刪除未引用的對象。能夠經過調用「System.gc()」來觸發垃圾回收，但並不保證會確實進行垃圾回收。JVM的垃圾回收只收集那些由new關鍵字建立的對象。因此，若是不是用new建立的對象，你可使用finalize函數來執行清理。

  四、Java本地接口(JNI,Native Method Interface)

       JNI會與本地方法庫進行交互並提供執行引擎所需的本地庫。

  五、本地方法庫(Native Method Library)

      它是一個執行引擎的本地庫集合。 

 

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       JVM_百度百科

       最後推薦一本術，周志明著的《深刻理解Java虛擬機——JVM高級特性與最佳實踐》，業內評價很高，口碑很是好。