JVM從零開始（一）-JVM的類加載、內存區域

1、前言

自從入行以來，一直沒有深刻學習過JVM，雖然看過好些書、博客也有一點了解，但都不是專門講JVM的，因此對JVM停留在淺顯的瞭解上，沒有深刻了解過，一直想深刻學習，不過想學的東西太多了，這就致使JVM成了本身的短板，前些日子在網上看到了救火大隊長的《從零開始帶你成爲JVM實戰高手》專欄正在更新中，決定藉此機會好好深刻學習一下，順便把學習心得結合之前學習的知識記錄下來，加深本身的理解。

2、JVM加載類的過程

• 加載，加載爲按需加載，主線程須要用到一個類纔開始加載一個類。
• 驗證，簡而言之就是校驗class內容是否符合指定規範
• 準備，爲類變量分配內存空間，並初始默認值。
• 初始化，執行類的初始化代碼（靜態代碼塊，靜態賦值代碼），注：初始化會檢驗父類是否初始化，沒有則必須先初始化父類。
• 使用
• 卸載

3、類加載器

種類

• 啓動類加載器-Bootstrap ClassLoader，用於加載Java核心類庫-java安裝目錄下的lib目錄下的class。
• 擴展類加載器-Extension ClassLoader，用於加載java下的一些擴展類庫-java安裝目錄lib\ext下的class。
• 應用程序類加載器-Application ClassLoader，加載項目ClassPath下所的class。
• 自定義類加載器，本身定義的類加載器

雙親委派機制

意思就是即優先讓父ClassLoader去加載。緣由是避免重複加載，保證應用的classPath下的Class對象在內存中的惟一性。

層次圖

tomcat破壞雙親委派

tomcat做爲java編碼的web容器，自己也是在jvm中運行，怎麼讓基於tomcat容器的各個web應用正常運行，使得各個web應用包含的應用的class不會亂套，必須破壞雙親委派機制，爲每個web應用的class都用不一樣的類加載器去加載。

• tomcat的類加載器層次圖

其中：

common、catalina、shared負責加載tomcat本身的核心類庫，webApp加載web應用的class（隔離web應用引用的三方類庫），jsp加載器加載JSP(每一個JSP文件都對應一個Jsp類加載器，jsp加載器支持熱加載，即Jsp只要修改，就從新加載一次覆蓋原來的jsp)。

經過tomcat的類加載機制，能夠達成如下目標：

• tomcat支持各個web引用中不一樣版本的三方類庫相互隔離。
• 同一個第三方類庫的相同版本在不一樣web應用能夠共享。
• tomcat自身依賴的類庫須要與應用依賴的類庫隔離 。
• jsp須要支持修改後不用重啓tomcat便可生效 爲了上面類加載隔離和類更新不用重啓，定製開發各類的類加載器。

自定義類加載器的做用

• 實際中，能夠從Web服務器、數據庫或緩存服務器獲取bytes數組，這就不是系統類加載器能作到的了。
• 能夠從不一樣的路徑中獲取同一個類的不一樣class對象，能夠實現隔離，一個複雜的程序，內部可能按模塊組織，不一樣模塊可能使用同一個類，但使用的是不一樣版本，若是使用同一個類加載器，它們是沒法共存的，不一樣模塊使用不一樣的類加載器就能夠實現隔離，Tomcat使用它隔離不一樣的Web應用，OSGI使用它隔離不一樣模塊。
• 能夠實現熱部署。使用同一個ClassLoader，類只會被加載一次，加載後，即便class文件已經變了，再次加載，獲得的也仍是原來的Class對象，而使用自定義類加載器，則能夠先建立一個新的ClassLoader，再用它加載Class，獲得的Class對象就是新的，從而實現動態更新。

4、JVM內存區域劃分

方法區（1.8以後叫metaspace-元數據空間）

存放類的元數據信息，能夠理解爲反射獲取的Class對象的哪些信息。

程序計數器

• 記錄當前執行的class文件中字節碼指令的位置
• 與線程是一對一的關係，每一個線程都會有本身的一個程序計數器

棧

一個程序計數器對應一個線程、一個線程對應一個棧、一個棧由一個個棧幀組成，一個方法對應一個棧幀，棧幀包含局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口（至關於結束方法時須要跳轉的位置）。棧幀在調用方法的時候進棧，方法結束的時候出棧。

堆

• 存放對象數據（上述棧中只存在對象的引用（即堆內存中對象的地址）或基本數據類型的值）
• 全部線程共享
• 當引用變量地址數據出棧時，堆中的內存釋放由JVM控制回收

其餘內存區域

• 執行native方法會有線程對應的本地方法棧。
• NIO中ByteBuffer類方法：allocateDirect（int capacity）-堆外分配內存空間返回DirectBuffer，經過DirectBuffer的Api能夠操做堆外內存。

圖示

4、小結

這篇文章是JVM總結的第一篇博客，可能會以爲有點Low，不過寫這篇博客也是想從零開始學習總結一番，就這樣吧。 文中大部份內容來、圖片（我也本身畫過，可是太醜了，就不貼了）來源於救火大隊長的《從零開始帶你成爲JVM實戰高手》專欄文章所學筆記心得，地址在下面，有興趣的朋友能夠去看看（是收費專欄，不過較便宜）。