JVM--心得概念

最近抽空從新溫習一下JVM的概念，如今把心得記錄一下。

第一部分：根據學習抽象出一個JVM的概念圖，描述各個主要組件的構成和基本做用。

 

第二部分：根據結構圖，對內容進行說明。

1）--JVM的概念
JVM是JAVA VIRTUAL MACHINE的縮寫，它是一個虛擬的計算機設備。
通常的高級語言要想在不一樣的平臺上運行，那麼首先要編譯成平臺識別的編譯語言。
java具備跨平臺性，其中的核心特色就是使用了JVM。
使用了JVM以後，java只須要編譯成JVM中識別的字節碼就能夠了，而後JVM會根據運行平臺，把字節碼轉換爲平臺識別的計算機指令。
一次編譯，處處執行。

2）數據類型
2.1基本數據類型，數據類型及字節數。
1-----------2-----------4-----------8
byte       short       int          long
              char       float       double
上述7種數據類型不須要硬件標記，操做這些數據時字節碼自己已經給出了操做類型，例如：fadd，iadd，dadd

2.2其餘類型
4字節：object類型，盛放對其餘JavaObject的引用。
注意：數組類型會被當作Object類型處理。全部的數據都應該遵照數據類型規則。不然jvm會拒絕執行字節碼。

3）組件
爲了實現跨平臺的特性，JVM設計出組件標準，支撐虛擬的計算機模型。
1.JVM指令系統
2.JVM寄存器
3.JVM棧結構
4.JVM碎片回收堆
5.JVM存儲區-常量池
6.JVM存儲區-方法區

4）原理
JVM是Java的基礎和核心，是JAVA編譯器同操做系統及硬件平臺之間的中間層，是一個抽象的計算機。
java編譯器生成JVM識別的字節碼，JVM根據字節碼生成操做系統的機器碼，在對應的平臺上執行。
對於JAVA的程序來講，JVM是一個程序運行容器，對於操做系統而言JVM是一個進程。
4.1）執行過程--JVM初始化做業
程序執行時，首先調用JAVA.exe(java.exe是一個外殼，其實內部發生核心做用的時JVM.dll)
java_md.c,java.c兩個文件調用jvm.cfg，進行虛擬機的初始化，而且裝載jvm.dll。
jvm.dll掛載JNIEVE(java環境),接下來就開始加載類，進行操做。
4.2）執行過程--類加載
classLoader加載要執行的.class文件
進行字節碼的校驗
申請並管理存儲區域，垃圾回收
使用java解釋器進行解釋，生成機器碼
操做系統執行機器碼

5）指令系統
指令系統是指令的集合，每條指令由操做碼和操做數組成。
操做碼由8位2進制數組成，最大256種，如今已經使用160種以上。
操做數根據實際變化而變化，超過8位時，新增一個字節。
如 iadd,iand等都是操做碼。

6）寄存器
分爲四種
pc 程序計數器指針
optop 操做數棧頂指針
vars 局部變量第一變量指針
frame 當前執行環境指針
*全部的寄存器都是32位

7）棧結構
類加載後會爲每一個方法生成一個棧結構。
包含以下幾種區域：
局部變量：存儲局部變量。以32位爲單位存儲，long和double佔用兩個局部變量。vars寄存器經過偏移進行局部變量的訪問。
操做數棧：以32爲基礎單位。運算過程當中存儲操做數以及操做結果；調用方法時傳遞參數，並放置調用結果。機器指令取信息時，只從操做數棧取數據。
執行環境：存放解釋器所須要的各類信息，如局部變量指針，棧頂和棧底指針，上一次執行的方法。
動態連接：以符號指針的形式訪問方法和變量，而且把變量翻譯成存儲結構和偏移地址。
正常返回：正常返回時，調用方會獲得一個返回結果。進一步的設置調用方的寄存器，如把PC加一個適當的數，可以進行下一個指令的訪問。
異常捕捉：程序遇到相似於沒法找到class（動態連接錯），或者遇到空指針(運行時錯誤)，接下來catch子句的匹配。
匹配原則：字節碼發生異常的地點是catch的範圍內，異常類型是catch的類型。
匹配順序：從第一個異常catch子句到最後一個子句，逐層查找。找到後處理catch異常塊代碼。最終匹配失敗，會執行最底層缺省塊異常。
執行iadd時，須要調用寄存器frame，經過frame找到操做數棧，彈出兩個操做數。
而後把計算結果，經過寄存器frame找到操做數棧，壓倒棧頂。

8）回收堆
java類實例的空間由解釋器進行分配和管理的。解釋器記錄對象的內存空間使用狀況，當內存再也不被使用時，由解釋器負責把內存空間回收到堆中。
右側爲自我理解：能夠理解Edan區域，survival區域，old區域。按步驟使用。
new時如今edan區域申請內存，不足時回收edan中不用對象。
內存仍是不足時，把部分活性不足的對象放置到survival中。
survival區域不足時，把部分活性不足的對象放置到old中。
old區域不足時，gc整個old區域。
gc後仍是不足時，報異常。

9）存儲區域-常量池
存儲: 類名，方法名，字段名稱，常量。

10)存儲池-方法區
存儲：方法執行的字節碼。

11）Java解釋器
拿着JAVA和C++對比，能夠理解以下：
Java源碼和C++源碼一樣爲高級語言；
Java編譯後文件爲二進制字節碼，C++編譯後文件爲二進制機器碼；
Java字節碼在JVM的java解釋其中執行，C++機器碼在CPU中執行；
Java解釋器是經過軟件實現的虛擬cpu，其最終還會把字節碼翻譯成機器碼在實際的CPU上執行；
只要運行平臺上實現了java解釋器，那麼java就能夠在這個平臺上執行，目前部分平臺不支持java，由於其沒有實現java解釋器；

12）運行數據
JVM啓動和退出時會建立和銷燬部分數據區域，線程建立和死亡時也會建立和銷燬部分數據。
包含：寄存器，棧，堆，常量池，方法區。

13）其餘
13.1)當開啓新的線程時，會爲線程建立java棧用以存放方法的調用狀態。注意，本地方法的調用狀態存放在棧結構的本地方法棧裏。
同時會爲線程設置PC 應用程序計數器寄存器，用以放置即將執行的命令。

13.2)JVM包括子系統（加載類子系統，指令運行引擎-解釋器），指令集，數據類型，五大存儲類型（寄存器，棧，堆，方法區，常量池）等。

13.3）JRE是java平臺，JavaRuntimeEnvironment，全部java程序的運行基礎。JDK安裝時，必須有一個JRE支持它，安裝了JDK後，會有一個JRE的目錄。
JVM是JRE的核心部分，它是虛擬的計算機。有本身的一套組件，如CPU（指令運行引擎-JAVA解釋器），寄存器，各類存儲器，指令集等。

參看link:

https://baike.baidu.com/item/JVM/2902369