jvm解读

Posted 2021-04-17 大数据那点事儿

jvm是实现java 的平台无关性的关键点，Java平台在不同平台上运行时不需要重新编译，jvm屏蔽了与具体平台相关信息，使得java语言编译程序只需生成在jvm上运行的目标代码，也就是字节码就可以了。

原理

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java编译器只需面向JVM，生成JVM能理解的代码或字节码文件。Java源文件经编译器，编译成字节码程序，通过JVM将每一条指令翻译成不同平台机器码，通过特定平台运行。

JVM执行程序的过程 ：

I.加载.class文件

II.管理并分配内存

III.执行垃圾收集

JRE（java运行时环境）包含JVM的java程序的运行环境 [1] 

JVM是Java程序运行的容器,但是他同时也是操作系统的一个进程,因此他也有他自己的运行的生命周期,也有自己的代码和数据空间。

JVM在整个jdk中处于最底层,负责与操作系统的交互,用来屏蔽操作系统环境,提供一个完整的Java运行环境,因此也叫虚拟计算机

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指令系统

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JVM指令系统同其他计算机的指令系统极其相似。Java指令也是由操作码和操作数两部分组

成。操作码为8位二进制数，操作数紧随在操作码的后面，其长度根据需要而不同。操作码用于指定一条指令操作的性质

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体系结构

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每个JVM都有两种机制，一个是装载具有合适名称的类(类或是接口），叫做类装载子系统；另外的一个负责执行包含在已装载的类或接口中的指令，叫做运行引擎。每个JVM又包括方法区、堆、Java栈、程序计数器和本地方法栈这五个部分，这几个部分和类装载机制与运行引擎机制一起组成的体系结构图为：

JVM的每个实例都有一个它自己的方法域和一个堆，运行于JVM内的所有的线程都共享这些区域；当虚拟机装载类文件的时候，它解析其中的二进制数据所包含的类信息，并把它们放到方法域中；当程序运行的时候，JVM把程序初始化的所有对象置于堆上；而每个线程创建的时候，都会拥有自己的程序计数器和Java栈，其中程序计数器中的值指向下一条即将被执行的指令，线程的Java栈则存储为该线程调用Java方法的状态；本地方法调用的状态被存储在本地方法栈，该方法栈依赖于具体的实现。

执行引擎处于JVM的核心位置，在Java虚拟机规范中，它的行为是由指令集所决定的，Java指令集中的指令包含一个单字节的操作符，用于指定要执行的操作，还有0个或多个操作数，提供操作所需的参数或数据。

 咱们分别说，

虚拟机的内层循环的执行过程如下：

do{

取一个操作符字节；

根据操作符的值执行一个动作；

}while（程序未结束）

由于指令系统的简单性，使得虚拟机执行的过程十分简单，从而有利于提高执行的效率。指令中操作数的数量和大小是由操作符决定的

1、 Java的堆是一个运行时数据区，类的实例（对象）从中分配空间，它的管理是由垃圾回收来负责的：不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的垃圾回收算法，可以根据系统的需求使用各种各样的算法。

2、Java方法区与传统语言中的编译后代码或是Unix进程中的正文段类似。它保存方法代码（编译后的java代码）和符号表，可以说类文件是Java语言的执行代码文件

3、Java虚拟机的寄存器用于保存机器的运行状态，与微处理器中的某些专用寄存器类似。Java虚拟机的寄存器有四种：

pc: Java程序计数器；

optop: 指向操作数栈顶端的指针；

frame: 指向当前执行方法的执行环境的指针；。

vars: 指向当前执行方法的局部变量区第一个变量的指针。

4、Java虚拟机的栈有三个区域：局部变量区、运行环境区、操作数区。

5、运行环境区

在运行环境中包含的信息用于动态链接，正常的方法返回以及异常捕捉。

动态链接

正常的方法返回

如果当前方法正常地结束了，在执行了一条具有正确类型的返回指令时，调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的寄存器,并把调用者的程序计数器增加一个恰当的数值，以跳过已执行过的方法调用指令，然后在调用者的执行环境中继续执行下去。

异常捕捉

异常情况在Java中被称作Error（错误）或Exception（异常），是Throwable类的子类，在程序中的原因是：①动态链接错，如无法找到所需的class文件。②运行时错，如对一个空指针的引用。程序使用了throw语句。

6、

操作数栈区

机器指令只从操作数栈中取操作数，对它们进行操作，并把结果返回到栈中。选择栈结构的原因是：在只有少量寄存器或非通用寄存器的机器（如Intel486）上，也能够高效地模拟虚拟机的行为。操作数栈是32位的。它用于给方法传递参数，并从方法接收结果，也用于支持操作的参数，并保存操作的结果。例如，iadd指令将两个整数相加。相加的两个整数应该是操作数栈顶的两个字。这两个字是由先前的指令压进堆栈的。这两个整数将从堆栈弹出、相加，并把结果压回到操作数栈中。

本地方法栈，当一个线程调用本地方法时，它就不再受到虚拟机关于结构和安全限制方面的约束，它既可以访问虚拟机的运行期数据区，也可以使用本地处理器以及任何类型的栈。

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运行过程

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虚拟机通过调用某个指定类的方法main启动，传递给main一个字符串数组参数，使指定的类被装载，同时链接该类所使用的其它的类型，并且初始化它们。新建一java源文件并取名HelloApp.java，内容如下：

class HelloApp {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("Hello World!");

for (int i = 0; i < args.length; i++ ) {

System.out.println(args);

}

}

}

在命令模式下输入：javac HelloApp.java 进行编译，这时同目录下会产生一个编译后的文件：HelloApp.class

然后在命令行模式下键入：java HelloApp run virtual machine

将通过调用HelloApp的方法main来启动java虚拟机，传递给main一个包含三个字符串"run"、"virtual"、"machine"的数组。我们略述虚拟机在执行HelloApp时可能采取的步骤。

开始试图执行类HelloApp的main方法，发现该类并没有被装载，也就是说虚拟机当前不包含该类的二进制代表，于是虚拟机使用ClassLoader试图寻找这样的二进制代表。如果这个进程失败，则抛出一个异常。类被装载后同时在main方法被调用之前，必须对类HelloApp与其它类型进行链接然后初始化。链接包含三个阶段：检验，准备和解析。检验检查被装载的主类的符号和语义，准备则创建类或接口的静态域以及把这些域初始化为标准的默认值，解析负责检查主类对其它类或接口的符号引用，在这一步它是可选的。类的初始化是对类中声明的静态初始化函数和静态域的初始化构造方法的执行。一个类在初始化之前它的父类必须被初始化。

小橙子