JVM——深入解析之初识

Posted 2022-11-26 小兀哥

      之前我们已经学习了多线程的相关概念原理以及线程池的管理等，但是要想明白线程的运行过程还需要了解jvm的知识，今天，我们就来介绍一下jvm。

1、什么是JVM

      JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，每个使用Java的开发者都知道Java字节码是在JRE中运行(JRE: Java 运行时环境)。JVM则是JRE中的核心组成部分，承担分析和执行Java字节码的工作。
      它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行。使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。所以，JAVA虚拟机JVM是属于JRE的，而现在我们安装JDK时也附带安装了JRE(当然也可以单独安装JRE)。

2、结构

      粗略分来，JVM的内部体系结构分为三部分，分别是：类装载器（ClassLoader）子系统，运行时数据区，和执行引擎。

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类装载器

      每一个Java虚拟机都由一个类加载器子系统（class loader subsystem），负责加载程序中的类型（类和接口），并赋予唯一的名字。每一个Java虚拟机都有一个执行引擎（execution engine）负责执行被加载类中包含的指令。JVM的两种类装载器包括：启动类装载器和用户自定义类装载器，启动类装载器是JVM实现的一部分，用户自定义类装载器则是Java程序的一部分，必须是ClassLoader类的子类。

执行引擎

       主要执行字节码，或者执行本地方法
      主要的执行技术有:解释，即时编译，自适应优化、芯片级直接执行其中解释属于第一代JVM，即时编译JIT属于第二代JVM，自适应优化（目前Sun的HotspotJVM采用这种技术）则吸取第一代JVM和第二代JVM的经验，采用两者结合的方式 。
      自适应优化：开始对所有的代码都采取解释执行的方式，并监视代码执行情况，然后对那些经常调用的方法启动一个后台线程，将其编译为本地代码，并进行仔细优化。若方法不再频繁使用，则取消编译过的代码，仍对其进行解释执行。

运行时数据区

      主要包括：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈

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      方法区和堆由所有线程共享
      堆：存放所有程序在运行时创建的对象
      方法区：当JVM的类装载器加载.class文件，并进行解析，把解析的类型信息放入方法区。
      Java栈和PC寄存器由线程独享。JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址

3、特性

      基于栈(Stack-based)的虚拟机: 不同于Intel x86和ARM等比较流行的计算机处理器都是基于寄存器(register)架构，JVM是基于栈执行的。
符号引用(Symbolic reference): 除基本类型外的所有Java类型(类和接口)都是通过符号引用取得关联的，而非显式的基于内存地址的引用。
      垃圾回收机制: 类的实例通过用户代码进行显式创建，但却通过垃圾回收机制自动销毁。
      通过明确清晰基本类型确保平台无关性: 像C/C++等传统编程语言对于int类型数据在同平台上会有不同的字节长度。JVM却通过明确的定义基本类型的字节长度来维持代码的平台兼容性，从而做到平台无关。
      网络字节序(Network byte order): Java class文件的二进制表示使用的是基于网络的字节序(network byte order)。为了在使用小端(little endian)的Intel x86平台和在使用了大端(big endian)的RISC系列平台之间保持平台无关，必须要定义一个固定的字节序。JVM选择了网络传输协议中使用的网络字节序，即基于大端(big endian)的字节序。

总结：

      今天我们知道了什么是jvm，以及jvm的结构等，下一次我们将深入剖析一下jvm的原理和工作流程等。