JVM基礎

JVM基礎

什麼是JVM(Java Virtual Machine)？

  直接引用《深刻Java虛擬機(原書第二版)》第五章的解釋：一、抽象規範；二、一個具體的實現；三、一個運行中的虛擬機實例。個人理解是：首先JVM是一份規範，由Sun公司制訂(如今是Oracle公司了)，而後針對這個份 規範有多種實現版本，包括Sun和其它公司，運行在操做系統上面是一個具體的實例。

爲何要了解JVM?

  若是是隻是簡單的實現增、刪、查、改功能或者作demo，確實不須要了解JVM。若是想進一步發掘Java性能、JVM調優、安全等知識，必須瞭解JVM。

JVM的架構？

引用網上圖片一張圖片，圖片源地址：https://dzone.com/articles/jvm-architecture-explained。圖片是JVM的邏輯圖，自上而下執行；注意順序和箭頭指向；簡單來講：由類型加載器子系統，運行時數據區，即時引擎組成。

Class Loader Subsystem(類裝載子系統)

類裝載器子系統除了定位和導入二進制Class文件外，還必須負責驗證被導入類的正確性，爲類變量分配並並初始化內存，以及幫助解析符號引用。類型包括：類和接口。類裝載子系統只識別Class文件，無論Class是怎麼生成和建立的。由於不只JAVA語言能夠建立Class文件，還有其它語言也能夠建立Class文件；其它語言建立的文件只要符合規範就能夠被JVM加載、鏈接、初始化；

• 裝載，使用雙親委派的方式裝載類。根據Class路徑，查找到對應的Class文件，並導入二進制的Class數據。雙親委派的模式是Java保障安全的的一個重要方法，也是安全特性之一，能夠防止惡意代碼的被加載；裝載的最終產品就是這個Class類的實例對象；
• 鏈接，包括三個步驟：驗證、準備、解析。驗證：確保被導入類型的正確性。能夠理解爲確認類型符合Java語言的語義，而且不會危及虛擬機的完整性；根據必定規則驗證導入Class文件是否符合規範，Class文件的細節是否符合規範；準備：給類變量分配內存，並設置默認值；注意：這裏設置默認值是，Java類型的默認值，與代碼邏輯沒有關係(注意：這個階段不會執行Java代碼)。解析：類型的引用轉直接引用(因爲Java延遲機制，解析通會延遲到下一階段進行即：初始化)。
• 初始化：把類變量正確初始值。要執行JAVA代碼邏輯；

在這個裝載階段，有三個點須要搞明白：雙親委派模式、類加載器的命名空間、初始化(主動初始化、被動初始化)。這須要另起一篇文章才能講清楚，在這裏只提一下；

一個Class文件必須先被裝載後，才獲得類型的信息，類型的信息存儲於運行時的方法區中，即下面章節要介紹的內容；

Runtime Data Area(運行時數據區)

運行時數據區，包含：方法區、堆、棧、程序計數器、本地方法棧；你們即便對JVM不熟悉，也應該知道有堆的存在吧；下面咱們分別看下這些都是幹什麼的；

• Method Area(方法區)：經過Class Loader裝載後獲得的類型信息均存儲在方法區內，包括類型名稱、類型的超類、類型的接口、類型的訪問修飾符號、類型的常量池、字段信息、方法信息、方法字節碼、異常表、類(靜態)變量、編譯時常量(使用final以及編譯已知道的值初始化的類變量)等信息；實際是把Class文件映射爲JVM內部的數據結構，這樣JVM才使用執行Class文件邏輯；
• Heap Area(堆)：Java運行時建立的類對象和數組均存儲在堆內；一個Java虛擬機實例只有一個堆，該虛擬機實現的全部線程共享堆空間。因爲一個Java程序獨佔一個Java虛擬機實例，因此每一個Java程序都有本身的堆空間；Java程序對於堆的操做是經過New關鍵去分配空間，但不能手動回收空間(System.gc只是建議JVM進行垃圾回收，何時執行由JVM決定)；堆空間回收就是平時你們所理解的垃圾回收，但垃圾回收不只限於堆，也一樣適用於方法區；垃圾回收是一個很大課題，須要另起一篇介紹了；JVM的調優的重點也在堆分配和回收策略的制定；
• Stack Area(棧)：啓動線程時，在棧區分配一個Java棧；局部變量和引用是存儲於線程棧，因此局部變量是不存在併發的問題；
• 程序計數器：Java程序中的每個線程的PC寄存器，是線程啓動時建立的；PC寄存器的大小是一個字長，內容老是線程下一條將被執行指令的"地址"；
• 本地方法棧：略；

運行時數據區應該是你們關注的重點，由於大部分JVM性能調優工做集中在這運行時數據區(也有部分調優的工做是執行引擎作的，因此只能說大部分)，特別垃圾機制對堆、方法區的影響；另外，平時你們沒有依據的增長堆內存或者棧內存，基本是都是無效的，或者是錯誤的；爲何這麼說，須要另篇文章才說得清楚；

Execution Engine(執行引擎)

Execution Engine(執行引擎)就是行爲就是執行指令集合，具體實現JVM規範定義的指令；直接和本地操做交互；執行引擎可使用多種執行技術：解釋、即時編譯、自適應優化等；自適應優化是目前執行引擎使用普遍的技術。

自適應優化的虛擬機開始時候都是解釋運行的，可是它會監視執行狀況。它會自動識別那些是程序"熱區"，而後把"熱區"代碼編譯成本地代碼，很是仔細地優化這些代碼，以達更好性能要求。因此平時壓力測試時，要先讓程序跑一會，才能達到執行引擎的正常的狀態。

Java線程模型

Java虛擬機規範定義的線程模型，目標是有助於在很體系結構上都實現它，在可能的狀況下使用本地線程。使用本地線程的好處就是，Java線程能夠不一樣的處理器上並行工做。關於線程的內容也很大，這裏只有備忘下，有時間另起一篇文章介紹。

• 虛擬規範沒有假設不一樣優先級的線程採用時間分片方式。因此在不一樣體系的JVM所實現的分片方式是不同的，多線程的程序不能依賴線程優先級。
• 虛擬機的規範中，Java的線程行爲術語是經過-變量、主存、和工做內存，來定義的。因此咱們上面介紹JVM沒有出現過主存、工做內存的術語，是由於這是虛擬機規範的用語，具體映射到JVM時有更詳細的術語和說法。但這並非說，虛擬機規範和實現不統一，虛擬機規範只是規定虛擬機要實現的功能，並不關心虛擬機怎麼實現。這是我剛開始學JVM很困惑的地方，由於網上不少都說JVM的內存模型，實際上是線程模型，線程模型包含了主存和工做內存的工做方式。
• Java虛擬機規範定義許多規則用來管理線程和主存之間的低層交互行爲。基本上，管理低層的行爲規則能夠解讀爲：

1. 把變量的值從主存拷貝到它的工做內存。
2. 把值從它的工做內存寫回主存。

與線程模型有密切關係的Java關鍵字volatile，感興趣的能夠本身瞭解下。或者回複評論，我進一步解釋。由於這個與虛擬機不太相關了。