jvm虛擬機的故事之（我是一個Java class）

做者：IBM劉欣

前言：本文主要想講一下Java虛擬機的故事， 可能有點偏門，不妥之處歡迎留言交流。

第一回 陌生警察

我出生在C盤下面一個很深層次的目錄下， 也不知道是誰把我放到這裏的。

我一直在睡覺，外邊的日出日落，風雨雷電和我一點關係都沒有。

直到有一天，有個傢伙咣咣咣砸我房門把我叫醒。

這個傢伙穿着像警察的制服， 左手拿着一個對講機， 右手遞過來他的工做證： "你好， 我是Classloader, 請問你是Account類嗎"

"是啊， 怎麼了？"

這個Classloader 沒回答我， 反而拿起對講機：

"頭兒，你看看你能不能裝載這個Account類？」

對講機那頭好像也在問他的上司，過了半天，終於有了迴音：

"我裝載不了， 個人上級也說了，他們也裝載不了， 你來幹吧"

"那就報數吧~」 我此次注意到旁邊站着另一個笑眯眯的小個子。

"報什麼數？" 我一臉詫異。

"唉，果真沒有被裝載過， 你是個class 文件，固然要報文件開頭的那幾個數了， 就是Java 他爸James Gosling 在jdk 1.0時肯定的那個數啊"

"奧， 我看看， 0xCAFEBABE"

"不錯， 是個java 類， 把你後邊的兩個數也報一下"， 小個子繼續問

"50 ， 0"

"看來版本不高啊， 是jdk 1.6編譯出來的啊"， 小個子接着說 "最新的虛擬機都1.8了, 都函數式了，你造不？」

我哪裏知道？ 我這才模模糊糊的回想起來， 好像是有個什麼javac 把我建立出來，扔到了這個屋子裏。

"如今奉命帶你去Java 虛擬機, 有人須要你的幫助" , 這個Classloader 態度冷冰冰的， 我不喜歡他。

"大哥，大家咋找到個人？" 我決定和小個子套近乎。

"那還不簡單， 咱們老闆有個列表， 上面列舉着全部應該檢查的目錄，咱們順藤摸瓜，一個一個找，確定能找到"

"那萬一找不到咋辦？"

"基本不可能， 你看老闆給咱們的目錄列表中有 C:\workspace\myTaobao\bin ， 咱們在下面再找三級 com/mytaobao/domain， 這不就找到你了嗎，

Account.class , 話說回來， 萬一真找不到， 未來在執行時會拋出ClassNotFound異常了, 那不歸咱們管"

我後來才知道， 個人全名其實叫作com.mytaobao.domain.Account !

"來來來， 讓我驗證一下， 你這class編譯的對不對" ，小個子拿出一個放大鏡

"恩， 常量池, 訪問標識， 字段，方法... 看起來沒有問題「 ， 小個子對Classloader說。

被人拿着放大鏡看，這種感受極爲不爽。

"走， 去虛擬機" ， Classloader仍是冷冰冰的。

這哥倆不容我帶任何東西， 便把我推上車，飛奔向我沒據說過的「虛擬機」。

"大哥， 你叫什麼名字" ， 我看小個子還算和睦。

"我就是大名鼎鼎的文件驗證器了， 能管不少事"

"那剛纔他爲啥還得請示上級呢" ， 我用眼神指了一下開車的ClassLoader

文件驗證器的聲音一會兒就壓低了：

"你不知道，說來話長， 咱們以前出現過事故，有個***寫了個類java.lang.String, 和咱們老闆手下有一個幹活最賣力的員工名字如出一轍，只是這個***類裏邊居然有格式化硬盤的代碼，咱們的小兵Classloader 不明就裏，就把這個***類給先裝載了，也執行了， 最後的結果，唉，很慘的... "

"那後來怎麼辦？"

"後來咱們老闆就定下了規矩：他的骨幹員工像String, ArrayList等只能由他本身的心腹去裝載， 我據說老闆的心腹都是分層級的，像傳銷同樣， 每一個都有上線， 最頂層的叫Bootstrap Classloader , 下一次級叫Extension Classloader， 如今開車的這位其實叫App Classloader，位於最底層， 咱這位Classloader 在裝載一個類以前，必定要問一問這幾位權利極高的大爺，請他們先裝載，這幾位爺裝載不了，才由咱們這些小兵來出馬。「

"這能避免******？"

"能啊！ 你想一想， 那個***寫了個***的java.lang.String, 咱們在裝載以前，確定要請示Extension, Bootstrap這些大爺先來裝載， 因爲String是老闆的核心員工，確定會他們先裝載啊， 這些大爺把String 直接就給咱們了， 咱們就不會裝載***類了"

「你能不能少說兩句」 Classloader 彷佛生氣了。

我和文件驗證器只好禁聲。

其實文件驗證器也不是隻會給我吹牛， 他也很敬業， 這傢伙在車上把我所有的字節碼都要了過去， 對這些天書通常的東西一遍一遍的檢查分析，確保每一個指令都是正確的， 檢查是否是有超類， 是否是覆蓋了final方法，跳轉指令是否是正確....

第三回 初識虛擬機

很快咱們就來到了目的地， 我一看虛擬機不就是幾個大樓嘛， 不過這幾座大樓可真是高啊。

他倆把我帶進其中一座叫「方法區」的大樓，進了電梯， 輸入2048 。

很快來到第2048層， 無數的格子間平鋪開來，他們七拐八拐，輕鬆的把我帶到了個人位置， 上面寫着個人名字「com.mytaobao.domain.Account」.

我問文件驗證器： 「這樓這麼高， 這麼多格子間， 人會坐滿嗎？」

"只有極少狀況會坐滿， 一旦滿了，那時候會拋出異常， 咱們就完蛋了。 你本身好自爲之吧， 再見 "

他們把我安頓好就馬上離開了。

我往周邊一看， 咦，這不是著名的java.lang.String嗎。

我本想和他打個招呼， 能夠他的電話彷佛一直沒斷過， 嘴裏一直說着什麼store, load之類我聽不懂可是彷佛有點熟悉的話。

正無聊着呢，我桌子上的電話也響了， 電腦屏幕也亮了，我看到一我的對我笑着說：

"你好， 我剛剛new 出來的Account對象， 個人編號是Account@659e0bfd"

暈倒 ！ 這傢伙和我什麼關係？

看我一臉的詫異， 他說，「 很快就會有個線程到CPU車間了，他會聯繫你， 我就是想確認下你在不在, 奧對了， 我在一個叫作堆的地方， 有空找我玩啊， byebye 」， 說完就消失了。

果真沒多久， 視頻電話又響了。

此次我看到一我的站在一個明亮的車間裏， 抱着一個包裹， 他按了一個按鈕， 面前馬上升起一個工做臺 ， 臺子上立了一個有不少抽屜的櫃子，每一個抽屜上都有一個編號， 旁邊還有一個深桶。

我正想問問問怎麼回事呢， 就聽到了他的聲音：

"我是線程0x3704, 我要調用你第二個方法了「

（碼農翻身注： 不認識線程0x3704的同窗能夠回覆「我是一個線程」查看）

我一看， 個人第二個方法是add :

public void add(int x , int y ){

x = x + y;

.....其餘代碼略....

}

(碼農翻身注： Account類固然看不到這些源碼， 這是爲了方便你看的 :-) )

"請把第一條指令給我說一下" 0x3704 繼續問我要東西

我還不太熟練，找了半天才說：

"iload_0"

因而他就操做櫃子上的機械手把0號抽屜的一個數30扔到到了工做臺上的一個桶裏，這個桶很窄，無法並排放兩個數， 可是很深。

而後0x3704說 「下一條指令」

"iload_1"

因而1號抽屜的一個數40也被扔到了桶裏，正好壓在30上面， 從桶上面就看不到30了。

「下一條指令」

」iadd「

因而他就把兩個數從桶裏取了出來， 作了個飛快的動做， 這兩個數變成了一個數 70 ！， 而後他又把70 放到了桶裏。

「下一條指令」

"istore_0"

因而他把70從桶裏撈出來， 放到了櫃子上編號爲0的地方， 以前的30就被扔掉了。

我看的目瞪口呆，這廝是在幹嗎???

我問他： 「0x3704， 不就是把兩個數加起來嗎？ 爲啥搞的這麼麻煩」

他不理我， 只是繼續說， 「下一條指令」

我只有配合它玩這個遊戲。

java.lang.String 可貴的清閒， 端着一杯咖啡一邊看我手忙腳亂的取指令， 一邊說：

"新人都這樣， 彆着急，等你熟練了，閉着眼睛就搞定了， 就像我同樣，你可能不知道 ， 咱們這個虛擬機叫作基於堆棧的虛擬機， 看到那個桶沒有，其實就是個先進後出的棧啊， 咱們虛擬機的全部指令其實都是在對棧進行操做"

但是我仍是好奇： 「這棧有什麼好啊」

旁邊的格子間的java.util.Stack 馬上說：

"這事兒你得問我啊， 怎麼說呢， 主要是爲了簡單， 你看咱們只用一個簡單的桶，奧對了，棧， 就能完成全部的工做， 你作要的就是往棧裏扔東西（入棧）， 而後從最上面拿東西（出棧） 就好了。 不像intel 的CPU, 搞了巨多的桶，每一個桶只能容納一個數， 他們還美名其曰寄存器， 作加法的時候， 先把一個數放到第一個桶， 再把另一個數放到第二個桶，加起來之後的結果還得找個桶，有些桶還不通用，這麼多桶找起來麻煩死了。 "

"但是咱們的棧操做起來就麻煩了啊， 你看一個簡單的加法都得操做半天" ，我不依不饒。

"咱們的指令能夠優化啊， 不過這我也不太懂"

這個遊戲我整整完了一天，沒有線程找個人時候， 我就閒着， String說得對， 熟練之後簡直太簡單了。

String 就不同了， 幾乎每時每刻都線程給他打電話要指令， 這麼沒辦法， String確實是虛擬機的骨幹和精英， 使用頻繁，業務純熟，忙而不亂。

有時候我會看到線程有不止一個工做臺， 而是一摞子工做臺， 也是一個壓一個， 線程們都很老實，永遠在最上面那個工做， 歷來不會先幹下面的活。

我問java.util.Stack :"這些工做臺也是棧吧"

"猜的不錯，學名叫Java 棧，每一個線程都有一個， 其中的每一個工做臺你看過了 ，學名叫棧幀， 知道不？ 每一個臺子都表明一個方法調用， 這一摞工做臺就方法調用方法致使的啊 "

確實是， 由於我發現一旦調用新方法， 馬上就會造成一個新的工做臺， 壓在老的上面。 方法調用完成後， 棧頂的工做臺就被銷燬了， 線程會在底下的工做臺繼續機械的幹活。

第四回 快樂假期

次日， 0x3704又問我要指令， 我有點生氣： 你就不會記住嗎

0x3704說： 我可不能記住， 萬一你被從新裝載了， 指令變了怎麼辦？

我告訴他指令是"iload_0" ， 他剛把數據扔到桶裏， 古怪的事情發生了， 身手敏捷的0x3704忽然好像凝固了同樣，不動了。

只聽到String歡呼： 「遇到斷點了，碼農開始調試了， 咱們放假了！」

"調試？什麼調試？"

"就是碼農會單步、手工的執行這些指令，他們慢死了， 可能一秒才能執行一步， 因爲咱們的時間比他們快的多， 他們的一秒，簡直就是咱們的10幾天， 走， 出去玩去"

"出去玩？ 能上哪兒玩」 我以爲這裏無聊透頂。

"找咱們new 出來的對象玩去"

我想到了以前聯繫過個人 對象Account@659e0bfd ， 想着去看看也不錯。

這個叫"堆"的大樓更加擁擠， 全是人， String 的對象固然最多，Stirng類左右逢源，不停的打招呼， 從我建立出來的Account對象幾乎找不到。

一隊全副武裝的士兵不停的在巡邏， 時不時的把對象拉出來，塞到車裏去。

「這是在幹嗎啊」 我問String類

"這些人叫清理者， 專門清理沒有用的對象， 你看，車裏那不是Account@659e0bfd 嗎"

"啊？ 昨天我還和他聯繫， 他怎麼會沒用了呢"

"他頗有可能只是個方法的局部變量， 方法結束後， 就沒人引用了， 白白的佔用空間， 你看這樓太擁擠了， 若是不清理， 很快就會住滿，系統崩潰， Out Of Memory了"

"那這個樓就不能蓋的更高點嗎？」 我內心有點可憐這些被回收的對象們

"樓有多高，是由碼農們決定的， 他們在啓動虛擬機的時候會指定參數"

"那士兵咋知道誰有用沒用？"

"引用計數唄， 若是對象被使用， 計數就會增長， 不用的時候就會減小， 若是是0 ， 那就可能被清理了。"

"那咱們會被清理掉嗎？" 我擔憂的問

String類神祕的笑了下： "我應該不會， 可是你是有可能的"

我固然明白了， String類是核心員工， 而我只是從外邊加載過來的一個類而已， 不過我也確實有點想個人家了。

果真，又過了10天， 0x3704才動彈了一下，問我要第二條指令

我想都沒想就告訴了他：「iload_1」 。

接下來又是10天的長假。

第五回 真相大白

漫長的調試假期終於結束了，我剛回到本身的工做間， 發生了更奇怪的事情， 整個世界毫無徵兆的消失了。

我暈暈乎乎，發現仍是躺在自家牀上， 我是作了一場夢嗎？

但是過去的記憶如此的真切， 究竟是怎麼回事？

管它呢， 我已經知道了本身所在的房子的門牌號是 C:\workspace\myTaobao\bin\com\mytaobao\domain

探索一下吧，唉 ， 大部分人都很是無趣，不理我。

正當我準備要回去接着睡覺的時候， 我先發現了C:\workspace\myTaobao\src\ 下也有個如出一轍的目錄com\mytaobao\domain，關鍵是裏邊居然有個Account.java !

出生的模糊記憶告訴我， javac 就是從這裏把我生成的。

我正要給他打招呼，一個"hi"還沒說出口。

javac 又一次運行， 我被新的Account.class 殘忍的覆蓋掉了！

臨死前， 我終於明白了，這個一個碼農的電腦，碼農在開發程序， 調試程序， 不斷的重啓服務器。

而我這個類隱藏着一個Bug， 通過調試後被發現， 而後Fix了！