深刻理解JVM虛擬機開篇：JVM介紹與知識脈絡梳理

時間 2020-05-22

標籤深刻理解 jvm 虛擬機開篇介紹知識脈絡梳理欄目 Java 简体版

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轉自：https://mp.weixin.qq.com/s/EjVfk1iOuQUjLfPxt_DJ7Qhtml

是大名鼎鼎的Java 虛擬機，聽說這個星球上天天有900多萬程序員和我打交道，這真是一個驚人的數字。這900多萬人中很多人對個人技術內幕很是感興趣，有事兒沒事兒都要把我「大卸八塊」，深刻了解一下。甚至還有人從個人出生地--源代碼--開始看起，弄得人家連一點隱私都沒有了。java

固然也有不少人對個人運行機理愛理不理，理由很簡單： Java虛擬機相關的事情只有在面試時纔會問道，背誦一下那些垃圾回收算法，應付過去就能夠了！程序員

真的是這樣嗎？面試官爲何喜歡問JVM原理？難道他們沒什麼可問的了？或者是隻是爲了展現他們的卓爾不羣？高人一等？壓你一頭？面試

我想都不是，請注意一下個人名字： Java虛擬機，我是一個虛擬機啊！算法

雖然不是像VMWare， VirtualBox那樣能夠徹底虛擬出一個包括內存，硬盤，CPU的硬件計算機出來，我至少也是個Soft CPU啊，有本身的指令集，有本身獨有的可執行文件格式，有本身獨特的基於棧而不是寄存器的執行方式，還有那久經考驗的垃圾回收機制......數據庫

做爲一個口口聲聲說熱愛編程，立志有寫出偉大軟件來改變世界的程序員，少年，難道你居然對這麼有趣的東西視而不見？編程

對軟件技術的好奇心是你最終成爲偉大程序員的第一驅動力，若是你對技術不肯意深究，不肯意瞭解背後的原理，若是你不肯意像一個調皮搗蛋的熊孩子那樣把一個玩具變成零件，而後再組裝起來（嗯，實際上永遠都組裝不起來了），我真的懷疑你在這個行業能呆多久，走多遠。c#

我剛纔提到了有趣，那真的有用嗎？安全

表面上看是沒有用處的，至少短時間看來是沒有用處的，你寫程序，運行程序，而後吃飯，睡覺。微信

管你什麼基於棧的虛擬機，什麼方法區，堆，垃圾回收，生活很美好，世界也很大，我想去看看，不要用這些煩心事來煩我。

若是你想一直生活在軟件開發的表層，那確定是沒有問題的，若是你想像Neo那樣，把這個世界看個清清楚楚，明明白白，真真切切，就須要修煉一下內力，作爲Java 程序員，理解Java虛擬機就是那個扎馬步的基本功。

舉個例子，理解Class 文件格式，就能理解ASM是怎麼在運行時「艱難的」動態生成字節碼的，而後就會知道CGLib是怎麼改善它，讓它容易使用的。而CGLib但是Spring AOP賴以生存的一大基礎啊。這一路走來，是否是對AOP的理解更加透徹了？

你腦海中甚至能想象出來字節碼怎麼被動態的建立，被Classloader 加載，造成新的Class, 而後對你的業務類進行攔截的過程。

看透世界的感受不要太爽，若是你非要說我會用Spring 的AOP就好了，那我也沒辦法，人各有志嘛。

擴展一下，如今個人家中上入住了很多動態語言， Jython, JRuby , Clojure , Scala 等等，他們可都須要動態的生成字節碼來運行啊（碼農翻身備註： Scala 也能夠直接編譯成class 文件），你看看理解了Class 文件格式得有多大的好處。

還有啊，理解了一些重要的字節碼指令之後，你就會知道所謂的面向對象，尤爲是你寫的那些個漂亮的OO代碼，在我這裏已經「退化」成函數調用了，不知道你會不會沮喪，可是沒有辦法，我們計算機的本質就是這樣，順序，循環，分支，函數調用。做爲補償，我會讓你瞭解多態的祕密，這但是不少面嚮對象語言的基礎。

說到函數調用，你寫的Java程序在運行時會造成的棧幀，這可真是一個超級重要的概念，不只在我這裏有，物理CPU和內存在運行本地代碼的時候也有，雖然我和他們的結構不一樣，但都是爲了完成一個目的：表達一個函數在運行時的結構。

瞭解了這個傢伙，你就知道函數在機器級是怎麼調用的，參數是怎麼傳遞的，遞歸是怎麼回事，尾遞歸是怎麼回事（我居然不支持！）。也許你會跑去看看彙編，去看看緩衝區溢出攻擊，各類知識點開始鏈接，造成一張大網，這種感受是極爽的。

這樣的例子我還能夠舉出不少，可是估計不少人已經不耐煩了，就此打住。

大家人類說計算機是門科學，可是科學的成分在哪裏呢？在我看來更像一門工程或者技術，核心的基礎概念真的很少，花點功夫把他們掌握了，受益終生。

前些天我偷偷地閱讀了大家的小說《天龍八部》，裏邊的掃地僧可真是厲害，輕輕鬆鬆就把慕容博和蕭遠山兩位絕頂高手製得服服帖帖，老老實實，這說明的什麼問題？內功的修煉真是很重要啊。

jvm.png

前言

JVM（Java Virtual Machine）Java 虛擬機是整個 java 平臺的基石，是 java 系統實現硬件無關與操做系統無關的關鍵部分，是保障用戶機器免於惡意代碼損害的屏障。Java開發人員不須要了解JVM是如何工做的，**可是，**瞭解 JVM 有助於咱們更好的開（通）發（過） java（公司） 程（面）序（試）。

寫這篇文章的目的：

總結所學的 JVM 知識
幫助想了解 JVM 的朋友，知無不言，言無不盡

本篇文章將會介紹一下內容：

什麼是 JVM

要想說明白什麼 JVM 就不得不提另外兩個概念，JRE 和 JDK，初學者老是把這幾個概念搞混

java-tutorial.png

Jvm，Jre，Jdk 都是 java 語言的支柱，他們分工協做。但不一樣的是 Jdk 和 Jre 是真實存在的，而 Jvm 是一個抽象的概念，並不真實存在。

JDK
JDK(Java Development Kit) 是 Java 語言的軟件開發工具包（SDK）。JDK 物理存在，是 programming tools、JRE 和 JVM 的一個集合

jdk.png

JRE
JRE（Java Runtime Environment）Java 運行時環境，JRE 物理存在，主要由Java API 和 JVM 組成，提供了用於執行 java 應用程序最低要求的環境。

jre.png

JVM
JVM(Java Virtual Machine) 是一種軟件實現，執行像物理機程序的機器（即電腦）。
原本，Java被設計基於從物理機器分離實現WORA（寫一次，隨處運行）的虛擬機上運行，雖然這個目標已經幾乎被遺忘。
JVM 並非專爲 Java 所實現的運行時，實際上只要有其餘編程語言的編譯器能生成正確 Java bytecode 文件，則這個語言也能實如今JVM上運行。
所以，JVM 經過執行 Java bytecode 可使 java 代碼在不改變的狀況下運行在各類硬件之上。
jVM 有以下特色：

基於堆棧的虛擬機：最流行的計算機體系結構，如英特爾X86架構和ARM架構上運行基於寄存器。可是，JVM是基於棧的。
符號引用：除了基本類型之外的數據（類和接口）都是經過符號來引用，而不是經過顯式地使用內存地址來引用。
垃圾收集：一個類的實例是由用戶明確建立的代碼和垃圾回收自動銷燬。
經過明確界定的基本數據類型的保證平臺的獨立性：傳統的語言，如C / C ++根據平臺有不一樣的int型的大小。 JVM中明確規定了基本數據類型，以保持它的兼容性和保證平臺的獨立性。
網絡字節順序：Java class文件用網絡字節碼順序來進行存儲：爲了保證和小端的Intel x86架構以及大端的RISC系列的架構保持無關性，JVM使用用於網絡傳輸的網絡字節順序，也就是大端。

**Java bytecode **
爲了實現WORA，JVM使用Java字節碼，java（用戶語言）和機器語言之間的中間語言。
該Java字節碼是部署Java代碼的最小單位。

JVM 用來作什麼

基於安全方面考慮，JVM 要求在 class 文件中使用許多強制性的語法和機構化約束，但任意一門功能性語言均可以表示爲一個能被 JVM 接受的有效的 class 文件。做爲一個通用的、機器無關的執行平臺，任何其餘語言的實現者均可將 JVM 看成他的語言產品交付媒介。

JVM 中執行如下操做：

加載代碼
驗證代碼
執行代碼
提供運行環境

JVM 提供定義了：

存儲區
類文件格式
寄存器組
垃圾回收堆
致命錯誤報告等

JVM 生命週期

啓動：任何一個擁有main函數的class均可以做爲JVM實例運行的起點
運行：main函數爲起點，程序中的其餘線程均有它啓動，包括daemon守護線程和non-daemon普通線程。daemon是JVM本身使用的線程好比GC線程，main方法的初始線程是non-daemon。
消亡：全部線程終止時，JVM實例結束生命。

JVM 的總體架構

先看一下 java 代碼執行過程

關於Jvm知識看這一篇就夠了

轉自：純潔的微笑純潔的微笑 3月11日

2016年左右的時候讀了周志明《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐》，讀完以後受益不淺，讓我對Java虛擬機有了一個完整的認識，這是Jvm書籍中最好的讀物之一。

後來結合實際工做中遇到的問題，寫了一系列關於Jvm的文章，其中開篇的幾篇內容大部分參考於此書，後期加入本身一些實戰的理解，轉載了幾篇高質量的文章，就造成了此係列讀物。

在金三銀四的跳槽季中，不少小夥伴們都已經蠢蠢欲動，將此係列文章整理出來，但願能夠幫助到你們。

Jvm系列(一)：java類的加載機制

第一篇文章講的是Java類的加載機制，也是我在博客園最收歡迎的Jvm文章，讀完以後你會了解什麼是類加載器、類加載機制、雙親委派模型等內容。

Jvm系列(二)：JVM內存結構

這篇文章描述了Java虛擬機的內存結構，內存每一個區域做用，如何經過參數對各個區域進行控制。

Jvm系列(三)：GC算法垃圾收集器

講述了Jvm垃圾回收的經典算法，以及各類垃圾回收機制，對象存活判斷等。

Jvm系列(四)：jvm調優-命令篇

這篇文章講述瞭如何經過Jvm命令去調優，各Jvm命令使用方法。

Jvm系列(五)：Java GC分析

這是很是有名的一張圖，簡單明瞭展現了GC日誌的構成

文章介紹如何分析GC日誌來診斷Java項目的運行狀態，GC分析是生產調優的重要手段之一。

Jvm系列(六)：Java服務GC參數調優案例

一名網友根據GC日誌，進行Jvm調優的經典案例

Jvm系列(七)：jvm調優-工具篇

介紹了Jvm調優各類工具的使用

Jvm系列(八)：jvm知識點總覽

如何你只是想經過面試，其實只要看一篇就夠了，這篇文章將Jvm中的關鍵知識點進行了彙總。

Jvm系列(九)：如何優化Java GC

翻譯自國外的一篇Java GC文章，文章詳細描述幾種GC調優的方式，值得借鑑。

Jvm系列(十)：教你如何成爲Java的OOM Killer

也是線上一場線上Jvm實戰調優的經歷，看着挺爽。

Jvm系列(十一)：Java 8-從持久代到metaspace

Java 8 Jvm內存變化

Jvm系列(十二)：Java 8的新特性—終極版

杜琪翻譯的 Java 8 的新特性。

一個腳本引起的血案

咱們曾經線上出現事故後，定位分析的經歷，結局出乎意料。

微信公衆號【Java技術江湖】一位阿里 Java 工程師的技術小站。（關注公衆號後回覆」Java「便可領取 Java基礎、進階、項目和架構師等免費學習資料，更有數據庫、分佈式、微服務等熱門技術學習視頻，內容豐富，兼顧原理和實踐，另外也將贈送做者原創的Java學習指南、Java程序員面試指南等乾貨資源）