大家好，我是KookNut39也是Tommy，在CSDN寫文，寫Java時(shí)候我是Tommy，分享一些自己認(rèn)為在學(xué)習(xí)過程中比較重要的東西，致力于幫助初學(xué)者入門，希望可以幫助你進(jìn)步。感興趣的歡迎關(guān)注博主，和博主一起學(xué)習(xí)Java知識。大家還可以去專欄查看之前的文章，希望未來能和大家共同探討技術(shù)。
了解JVM（Java虛擬機(jī)）首先我們必須了解VM（虛擬機(jī)）是什么。
所謂虛擬機(jī)（Virtual Machine），就是一臺虛擬的計(jì)算機(jī)。它是一款軟件，用來執(zhí)行一系列虛擬計(jì)算機(jī)指令。大體上，虛擬機(jī)可以分為系統(tǒng)虛擬機(jī)和程序虛擬機(jī)。
我們經(jīng)常見到的 VMware 就屬于系統(tǒng)虛擬機(jī)，它是完全對物理計(jì)算機(jī)的仿真，提供了一個(gè)可運(yùn)行完整操作系統(tǒng)的軟件平臺。
程序虛擬機(jī)典型的代表就是 Java 虛擬機(jī)了，它專門為執(zhí)行某個(gè)單個(gè)計(jì)算機(jī)程序而設(shè)計(jì)。在 Java 虛擬機(jī)中執(zhí)行的指令我們稱為 Java 字節(jié)碼指令。無論是系統(tǒng)虛擬機(jī)還是程序虛擬機(jī)，在上面運(yùn)行的軟件都被限制于虛擬機(jī)提供的資源。Java 虛擬機(jī)是一種執(zhí)行 Java 字節(jié)碼文件的虛擬計(jì)算機(jī)，它擁有獨(dú)立的運(yùn)行機(jī)制。
Java 技術(shù)的核心就是 Java 虛擬機(jī)，因?yàn)樗械?Java 程序都運(yùn)行在 Java 虛擬機(jī)內(nèi)部。
JVM就是Java虛擬機(jī)，虛擬機(jī)就是一臺虛擬的計(jì)算機(jī)，是一款軟件。Java 虛擬機(jī)就是二進(jìn)制字節(jié)碼的運(yùn)行環(huán)境，負(fù)責(zé)裝載字節(jié)碼到其內(nèi)部，解釋或編譯為對應(yīng)平臺上的機(jī)器碼指令執(zhí)行，每一條 Java 指令，Java 虛擬機(jī)中都有詳細(xì)定義，如怎么取操作數(shù)，怎么處理操作數(shù)，處理結(jié)果放在哪兒等。JVM是運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的，不與硬件直接交互。
JVM整體組成可以分為4個(gè)部分：
程序在執(zhí)行之前先要把 Java 代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼（.class 文件），JVM 首先需要把字節(jié)碼通過一定的類加載器（Class Loader）把文件加載到內(nèi)存中運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area），而字節(jié)碼文件是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器（執(zhí)行引擎（Execution Engine）） 將字節(jié)碼翻譯成底層系統(tǒng)指令再交由 CPU 去執(zhí)行，而這個(gè)過程中需要調(diào)用其他語言的接口（本地方法接口（Native Interface）） 來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序的功能，這就是這 4 個(gè)主要組成部分的職責(zé)與功能。
Java編譯器會為虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換源指令。虛擬機(jī)代碼存儲在以 .class 為擴(kuò)展名的類文件中，每個(gè)類文件都包含某個(gè)類或者接口的定義和實(shí)現(xiàn)代碼。
? ——Java核心基礎(chǔ)（卷二）
類加載器子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中加載 class 文件， class 文件在文件開頭有特定的文件標(biāo)識(字節(jié)碼文件都以 CA FE BA BE 標(biāo)識開頭)。classLoader 只負(fù)責(zé) class 文件的加載，至于它是否可以運(yùn)行，則由執(zhí)行引擎決定。加載的類信息存放于一塊稱為方法區(qū)的內(nèi)存空間。除了類的信息外，方法區(qū)中還會存放運(yùn)行時(shí)常量池信息，可能還包括字符串字面量和數(shù)字常量（這部分常量信息是 class 文件中常量池部分的內(nèi)存映射）。
類加載的過程
1.加載過程是把class文件（字節(jié)碼文件）加載到內(nèi)存中（I/O讀寫）。類加載器把文件加載到內(nèi)存中，會為每個(gè)類創(chuàng)建一個(gè)Class類的對象，調(diào)用Class類中的方法獲取類的相關(guān)信息。
2.驗(yàn)證是檢驗(yàn)加載的類是否有正確的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并和其他類協(xié)調(diào)一致。
3.準(zhǔn)備階段為類的靜態(tài)屬性分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)初始值（不包含final修飾的static常量），也不會給實(shí)例變量初始化。
4.解析是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的符號引用替換成直接引用（符號引用是用一組符號描述所引用的目標(biāo)；直接引用是指向目標(biāo)的指針）。
5.類初始化
? 5.1 什么時(shí)候初始化類
? 1 )創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是 new 一個(gè)對象
? 2）訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值
? 3）調(diào)用類的靜態(tài)方法
? 4）反射
? 5）初始化一個(gè)類的子類（會首先初始化子類的父類）
? 5.2 類的初始化順序：
? 父類static --> 子類static --> 父類構(gòu)造方法 --> 子類構(gòu)造方法
是由c/c++實(shí)現(xiàn)，用來加載Java的核心類庫
由Java實(shí)現(xiàn)，派生于 ClassLoader 類。上層類加載器是引導(dǎo)類加載器（啟動類加載器），加載底層類庫
Java實(shí)現(xiàn)，派生于 ClassLoader 類。上層類加載器是擴(kuò)展類加載器，加載自定義類。
加載類時(shí)，向上委派，交給最上層的加載器啟動類加載器加載核心類庫，加載不到就用擴(kuò)展類加載器加載底層類庫，加載不到就用應(yīng)用程序類加載器加載自定義類
雙親委派機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)
作用是防止惡意代碼污染 Java 源代碼
如果一個(gè)類在引導(dǎo)類加載器那里就加載到了，先找到先使用，所以就使用引導(dǎo)類加載器里面的類，后面的一概不能使用，這就保證了不被惡意代碼污染。
JVM 規(guī)定，每個(gè)類或者接口被首次主動使用時(shí)才對其進(jìn)行初始化，有主動使用，自然就有被動使用。
主動使用：
被動使用：其實(shí)除了上面的幾種主動使用其余就是被動使用了
注意：主動使用和被動使用的區(qū)別在于類是否會被初始化.
JVM 的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，不同虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可能略微有所不同，但都會遵從 Java 虛擬機(jī)規(guī)范，Java 8 虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，Java 虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存將會包括程序計(jì)數(shù)器、Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)。
JVM 中的程序計(jì)數(shù)寄存器中的 Register 命名源于CPU 的寄存器，寄存器存儲指令相關(guān)的現(xiàn)場信息。這里，并非是廣義上所指的物理寄存器，或許將其翻譯為 PC 計(jì)數(shù)器(或指令計(jì)數(shù)器)會更加貼切(也稱為程序鉤子)。JVM 中的PC 寄存器是對物理 PC 寄存器的一種抽象模擬。
那么為什么使用程序計(jì)數(shù)器記錄當(dāng)前線程的執(zhí)行地址呢？我們都知道CPU需要不停的切換各個(gè)線程，這時(shí)候從其他線程切換到這個(gè)線程時(shí)，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器就知道該從哪里開始執(zhí)行了。JVM 的字節(jié)碼解釋器就需要通過改變程序計(jì)數(shù)器的值來明確下一條應(yīng)該執(zhí)行什么樣的字節(jié)碼指令，由于這個(gè)原因，必須為每個(gè)線程分配一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，這樣各個(gè)線程就可以互不干擾。
首先我們需要學(xué)會區(qū)分棧和堆：
棧是運(yùn)行時(shí)的單位，而堆時(shí)存儲的單位。
每個(gè)線程在創(chuàng)建時(shí)都會創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)棧，其內(nèi)部保存一個(gè)個(gè)棧幀，對應(yīng)著一次方法的調(diào)用。Java 虛擬機(jī)棧是線程私有的。生命周期和線程一致。棧中的數(shù)據(jù)都以棧幀為單位存儲。棧幀是一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊，是一個(gè)數(shù)據(jù)集，維系著方法執(zhí)行過程中的各種數(shù)據(jù)信息。
作用：主要負(fù)責(zé)Java程序的運(yùn)行，保存方法內(nèi)的局部變量，還有部分結(jié)果，還參與方法的調(diào)用和返回。
棧是一種快速有效的分配存儲方式，訪問速度僅次于程序計(jì)數(shù)器。JVM 直接對 Java 棧的操作只有兩個(gè)：
注意：對于棧來說不存在垃圾回收問題。
每個(gè)棧幀中都有：局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法返回地址、一下附加信息。
局部變量表用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量。
對于基本數(shù)據(jù)類型的變量，則直接存儲它的值，對于引用類型的變量，則存的是指向?qū)ο蟮囊谩?/p>
程序中的所有計(jì)算過程都是在借助于操作數(shù)棧來完成的。
因?yàn)樵诜椒▓?zhí)行的過程中有可能需要用到類中的常量或方法，所以必須要有一個(gè)引用指向運(yùn)行時(shí)常量池。
當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢之后，要返回之前調(diào)用它的地方，因此在棧幀中必須保存一個(gè)方法返回地址。
例如和調(diào)試相關(guān)的信息，這部分信息完全取決于不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。
Java 虛擬機(jī)棧管理 java 方法的調(diào)用，而本地方法棧用于管理本地方法的調(diào)用。
本地方法棧也是線程私有的.
允許被實(shí)現(xiàn)成固定或者是可動態(tài)擴(kuò)展的內(nèi)存大小。
內(nèi)存溢出方面也是相同的。
如果線程請求分配的棧容量超過本地方法棧允許的最大容量，會拋出StackOverflowError。
如果本地方法可以動態(tài)擴(kuò)展，并在擴(kuò)展時(shí)無法申請到足夠的內(nèi)存會拋出OutOfMemoryError。
堆內(nèi)存概述：
我們在之后在細(xì)講堆內(nèi)存的區(qū)域劃分及垃圾回收機(jī)制
方法區(qū)，是一個(gè)被線程共享的內(nèi)存區(qū)域。其中主要存儲加載的類字節(jié)碼、class/method/field 等元數(shù)據(jù)、static final 常量、static 變量、編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。另外，方法區(qū)包含了一個(gè)特殊的區(qū)域“運(yùn)行時(shí)常量池”。
Java 虛擬機(jī)規(guī)范中明確說明：”盡管所有的方法區(qū)在邏輯上是屬于堆的一部分，但對于HotSpotJVM 而言，方法區(qū)還有一個(gè)別名叫做 Non-Heap(非堆)，目的就是要和堆分開。所以，方法區(qū)看做是一塊獨(dú)立于 Java 堆的內(nèi)存空間。方法區(qū)在 JVM 啟動時(shí)被創(chuàng)建，并且它的實(shí)際的物理內(nèi)存空間中和 Java 堆區(qū)一樣都可以是不連續(xù)的。
方法區(qū)的大小：跟堆空間一樣，可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展。
方法區(qū)的大小決定了系統(tǒng)可以保存多少個(gè)類，如果系統(tǒng)定義了太多的類，導(dǎo)致方法區(qū)溢出，虛擬機(jī)同樣會拋出內(nèi)存溢出的錯(cuò)誤 ：java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace。
這次就先寫這些，文中如果存在不對的地方，歡迎各位讀者批評指正。我會在今后更新本地方法接口、執(zhí)行引擎和垃圾回收機(jī)制等相關(guān)內(nèi)容，如果大家感興趣，可以關(guān)注博主，我們一起交流學(xué)習(xí)。
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