详细理解Java虚拟机的运行过程

Posted 2021-02-12 Cauchy_Mars

基本概述：

　　Java虚拟机简称JVM，是JRE中的一部分，也是Java程序运行的最关键的部分。完整的Java运行流程大致包括编译.java文件形成.class文件，然后根据.class文件的内容进行一系列的步骤使整个程序运行起来。其中将.java文件编译为.class文件由Java编译器完成，而由.class文件进而完成整个运行过程则主要是由JVM来完成的。由于所有的编译链接过程都由JRE来完成，所以Java具有良好的平台可移植性，不依赖具体的操作系统。

具体结构及功能：

1、Class Loader：

 　　该子系统主要负责以下三种工作。

　　一、读取（Loading）：Class Loader会首先读取由Java编译器传入的.class文件，然后生成相对应的二进制数据并将其存入方法区，这其中生成的数据主要包括类名、紧邻的父类、各种修饰符、变量和方法的信息。在这之后，JVM会自动给这个类创建一个类型为Class的对象并存入堆中，这个对象可以被程序员调用，从而得到这个类中的相关信息（也就是上面所讲的存入方法区的那些信息）。需要注意的是，一个类只会具有一个Class对象，也就是说，就算有无穷个该类的不同对象，在堆中也只会有一个对应的Class对象。

　　二、链接（Linking）：在读取之后，Class Loader会对.class文件进行正确性验证，看看该类是否被正确定义，同时是否被正确编译。如果验证成功，那么JVM就会为类中的变量分配内存，并且初始化内存为默认值。

　　三、初始化（Initialization）：在这一阶段，所有的静态变量将被正确赋值，赋值的顺序是按照代码顺序从前往后，从父类到子类。

　　而对于Class Loader来说，其实也大致分为三类。第一类是Bootstrap Class Loader，我们可以理解为最基础的Class Loader，因为它只会处理那些已经被完全信任的class，也就是Java的核心类；第二类是Extension Class Loader，它会处理那些被放置在指定的扩展类文件夹中的类；第三类是Application Class Loader，它处理的是外界定义的类。至于其中的具体不同呢，在此就不展开叙述了。

2、JVM Memory：

　　JVM的内存区是其存放具体数据和对象的主要区域，总共由以下五部分组成。

　　一、方法区（Method Area）：方法区中主要存取的是Class级别的数据，包括类名，父类名，方法名，变量名和静态变量等等。每一个JVM只有一块方法区，所以是一个可以被所有类和进程共享的区域。

　　二、堆（Heap Area）：堆中存放着所有对象的信息。每一个JVM也只有一个堆，意味着堆也是被共享的。

　　三、栈（Stack Area）：JVM会为每一个线程开辟一个栈区，而每一个栈区中又会分成许多的块（Block），每一个块都代表一个方法调用，方法中的所有本地变量都会存放在栈中相对应的块中。一旦该线程终止，那么这个栈就会被JVM销毁。所以栈区是不共享的。

　　四、PC计数器（PC Register）：记录每一个线程当前运行到的代码地址。显然，每一个线程都会有一个对应的PC计数器，所以也是不共享的。

　　五、本地方法区（Native Method Area）：每一个线程都会有一个本地方法区，其主要存放本地方法的相关信息。

3、Execution Engine：

　　运行引擎负责真正地运行.class文件，它会一行一行地读取.class中的二进制信息，然后利用JVM Memory中的数据一条一条地执行。垃圾回收器也是在这个引擎中，它可以自动检测不再可能被引用的已分配内存并将其回收。

　　

　　JVM的大致运行过程到这里就告一段落了。当然，还有许许多多的细节在这里没有列出，如果有需要，查阅官方文档是最好的办法。