淺談JVM及原理

前言java

  JVM一直是java知識裏面進階階段的重要部分,若是但願在java領域研究的更深刻,則JVM則是如論如何也避開不了的話題,本系列試圖經過簡潔易讀的方式,講解JVM必要的知識點。jvm

運行流程函數

  咱們都知道java一直宣傳的口號是:一次編譯,處處運行。那麼它如何實現的呢?咱們看下圖:學習

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  java程序通過一次編譯以後,將java代碼編譯爲字節碼也就是class文件,而後在不一樣的操做系統上依靠不一樣的java虛擬機進行解釋,最後再轉換爲不一樣平臺的機器碼,最終獲得執行。這樣咱們是否是能夠推演,若是要在mac系統上運行,是否是隻須要安裝mac java虛擬機就好了。那麼瞭解了這個基本原理後,咱們嘗試去作更深的研究,一個普通的java程序它的執行流程究竟是怎樣的呢?例如咱們寫了一段這樣的代碼:ui

public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.print("Hello world"); } }this

這段程序從編譯到運行,最終打印出「Hello world」中間通過了哪些步驟呢?咱們直接上圖:spa

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  java代碼經過編譯以後生成字節碼文件(class文件),經過:java HelloWorld執行,此時java根據系統版本找到jvm.cfg,各位能夠搜索一下本身電腦上的jvm.cfg文件在哪,它會根據你的系統版本放在不一樣的位置,好比個人這個文件就在:C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_101\jre\lib\amd64\jvm.cfg,打開看一下:操作系統

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  這是我電腦上的文件,其中-server KNOWN就表示名稱爲server的jvm可用。若是這時你搜索一下你電腦上jvm.dll,你就會發現它必定在你的某個server目錄下,好比個人:C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_101\jre\bin\server\jvm.dll。簡而言之就是經過jvm.cfg文件找到對應的jvm.dll,jvm.dll則是java虛擬機的主要實現。接下來會初始化JVM,而且獲取JNI接口,什麼是JNI接口,就是java本地接口,你想啊java被編譯成了class文件,JVM怎麼從硬盤上找到這個文件並裝載到JVM裏呢,就是經過JNI接口(它還經常使用於java與操做系統、硬件交互),找到class文件後並裝載進JVM,而後找到main方法,最後執行。.net

 

 

JVM基本結構線程

 

 

  可能經過上面的描述,你們對JVM運行流程有了一個粗略的認識,那麼JVM內部究竟是怎麼執行一個class文件的呢,也就是上圖中最後一步第6步的內部細節是怎樣的呢?要了解這個問題,咱們首先得看一下JVM的內部結構:

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  從這個結構不難看出,class文件被jvm裝載之後,通過jvm的內存空間調配,最終是由執行引擎完成class文件的執行。固然這個過程還有其餘角色模塊的協助,這些模塊協同配合才能讓一個java程序成功的運行,下面就詳細介紹這些模板,它們也是後面學習jvm最重要的部分。

 

 

內存空間:

 

 

JVM內存空間包含:方法區、java堆、java棧、本地方法棧。

方法區是各個線程共享的區域,存放類信息、常量、靜態變量。

java堆也是線程共享的區域,咱們的類的實例就放在這個區域,能夠想象你的一個系統會產生不少實例,所以java堆的空間也是最大的。若是java堆空間不足了,程序會拋出OutOfMemoryError異常。

java棧是每一個線程私有的區域,它的生命週期與線程相同,一個線程對應一個java棧,每執行一個方法就會往棧中壓入一個元素,這個元素叫「棧幀」,而棧幀中包括了方法中的局部變量、用於存放中間狀態值的操做棧,這裏面有不少細節,咱們之後再講。若是java棧空間不足了,程序會拋出StackOverflowError異常,想想什麼狀況下會容易產生這個錯誤,對,遞歸,遞歸若是深度很深,就會執行大量的方法,方法越多java棧的佔用空間越大。

每一個幀表明一個方法,Java方法有兩種返回方式,return和拋出異常,兩種方式都會致使該方法對應的幀出棧和釋放內存。

 ③ 棧運行原理
     棧中的數據都是以棧幀(Stack Frame)的格式存在,棧幀是一個內存區塊,是一個數據集,是一個有關方法和運行期數據的數據集,當一個方法A被調用時就產生了一個棧幀F1,並被壓入到棧中,A方法又調用了B方法,因而產生棧幀F2也被壓入棧,B方法又調用了C方法,因而產生棧幀F3也被壓入棧…… 依次執行完畢後,先彈出後進......F3棧幀,再彈出F2棧幀,再彈出F1棧幀。
     遵循「先進後出」/「後進先出」原則。

    幀的組成:局部變量區(包括方法參數和局部變量,對於instance方法,還要首先保存this類型,其中方法參數按照聲明順序嚴格放置,局部變量能夠任意放置),操做數棧,幀數據區(用來幫助支持常量池的解析,正常方法返回和異常處理)。

本地方法棧角色和java棧相似,只不過它是用來表示執行本地方法的,本地方法棧存放的方法調用本地方法接口,最終調用本地方法庫,實現與操做系統、硬件交互的目的。

PC寄存器,說到這裏咱們的類已經加載了,實例對象、方法、靜態變量都去了本身改去的地方,那麼問題來了,程序該怎麼執行,哪一個方法先執行,哪一個方法後執行,這些指令執行的順序就是PC寄存器在管,它的做用就是控制程序指令的執行順序。

執行引擎固然就是根據PC寄存器調配的指令順序,依次執行程序指令。

 

靜態變量+常量+類信息+運行時常量池存在方法區中,實例變量存在堆內存中。

 基本類型的變量和對象的引用變量都是在函數的棧內存中分配。

另外一篇有看法的jvm 文章: https://blog.csdn.net/Luomingkui1109/article/details/72820232

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