深刻理解JVM（一）——基本原理

運行流程

  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？看下圖：

  

  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？例如寫了一段這樣的代碼：

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

  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？直接上圖：

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，能夠搜索一下本身電腦上的jvm.cfg文件在哪，它會根據系統版本放在不一樣的位置，打開看一下：

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電腦上jvm.dll，就會發現它必定在某個server目錄下。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。

JVM基本結構

 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，首先得看一下JVM的內部結構：

 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。

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。

結語

本文主要介紹了java虛擬機運行的基本流程，以及java虛擬機內部結構。下一篇將學習java內存模型以及探索java變量的可見性、有序性、指令重排等問題。