（转载）Jvm工作原理学习笔记

一、        JVM的生命周期

1.      JVM实例相应了一个独立执行的java程序它是进程级别

a)    启动。启动一个Java程序时。一个JVM实例就产生了。不论什么一个拥有public
static void main(String[] args)函数的class都能够作为JVM实例执行的起点

b)    执行。main()作为该程序初始线程的起点，不论什么其它线程均由该线程启动。JVM内部有两种线程：守护线程和非守护线程。main()属于非守护线程。守护线程通常由JVM自己使用。java程序也能够标明自己创建的线程是守护线程

c)    消亡。当程序中的全部非守护线程都终止时。JVM才退出；若安全管理器同意，程序也能够使用Runtime类或者System.exit()来退出

2.      JVM执行引擎实例则相应了属于用户执行程序的线程它是线程级别的

二、        JVM的体系结构

 

1.      类装载器（ClassLoader）（用来装载.class文件）

2.      运行引擎（运行字节码，或者运行本地方法）

3.      执行时数据区（方法区、堆、java栈、PC寄存器、本地方法栈）

 

三、        JVM类载入器

JVM整个类载入过程的步骤：

1.      装载

装载过程负责找到二进制字节码并载入至JVM中，JVM通过类名、类所在的包名通过ClassLoader来完毕类的载入，相同，也採用以上三个元素来标识一个被载入了的类：类名+

包名+ClassLoader实例ID。

2.      链接

链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量以及解析类中调用的接口、类。

完毕校验后。JVM初始化类中的静态变量。并将其值赋为默认值。

最后对类中的全部属性、方法进行验证，以确保其须要调用的属性、方法存在，以及具备应的权限（比如public、private域权限等），会造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等错误信息。

3.      初始化

初始化过程即为运行类中的静态初始化代码、构造器代码以及静态属性的初始化，在四种情况下初始化过程会被触发运行：

调用了new。

反射调用了类中的方法；

子类调用了初始化。

JVM启动过程中指定的初始化类。

JVM类载入顺序：

JVM两种类装载器包含：启动类装载器和用户自己定义类装载器。

启动类装载器是JVM实现的一部分；

用户自己定义类装载器则是Java程序的一部分，必须是ClassLoader类的子类。

JVM装载顺序：

Jvm启动时，由Bootstrap向User-Defined方向载入类；

应用进行ClassLoader时。由User-Defined向Bootstrap方向查找并载入类。

1.      Bootstrap ClassLoader

这是JVM的根ClassLoader，它是用C++实现的，JVM启动时初始化此ClassLoader，并由此ClassLoader完毕$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar（Sun
JDK的实现）中全部class文件的载入。这个jar中包括了java规范定义的全部接口以及实现。

2.      Extension ClassLoader

JVM用此classloader来载入扩展功能的一些jar包。

3.      System ClassLoader

JVM用此classloader来载入启动參数中指定的Classpath中的jar包以及文件夹，在Sun JDK中ClassLoader相应的类名为AppClassLoader。

4.      User-Defined ClassLoader

User-DefinedClassLoader是Java开发者继承ClassLoader抽象类自行实现的ClassLoader。基于自己定义的ClassLoader可用于载入非Classpath中的jar以及文件夹。

ClassLoader抽象类的几个关键方法：

（1）      loadClass

此方法负责载入指定名字的类，ClassLoader的实现方法为先从已经载入的类中寻找，如没有则继续从parent ClassLoader中寻找，如仍然没找到。则从System ClassLoader中寻找，最后再调用findClass方法来寻找。如要改变类的载入顺序。则可覆盖此方法

（2）      findLoadedClass

此方法负责从当前ClassLoader实例对象的缓存中寻找已载入的类。调用的为native的方法。

（3）      findClass

此方法直接抛出ClassNotFoundException，因此须要通过覆盖loadClass或此方法来以自己定义的方式载入对应的类。

（4）      findSystemClass

此方法负责从System ClassLoader中寻找类，如未找到。则继续从Bootstrap ClassLoader中寻找。如仍然为找到，则返回null。

（5）      defineClass

此方法负责将二进制的字节码转换为Class对象

（6）      resolveClass

此方法负责完毕Class对象的链接，如已链接过。则会直接返回。

 

四、        JVM运行引擎

在运行方法时JVM提供了四种指令来运行：

（1）invokestatic：调用类的static方法

（2）invokevirtual：调用对象实例的方法

（3）invokeinterface：将属性定义为接口来进行调用

（4）invokespecial：JVM对于初始化对象（Java构造器的方法为：<init>）以及调用对象实例中的私有方法时。

基本的运行技术有:

解释，即时编译，自适应优化、芯片级直接运行

（1）解释属于第一代JVM，

（2）即时编译JIT属于第二代JVM，

（3）自适应优化（眼下Sun的HotspotJVM採用这样的技术）则吸取第一代JVM和第二代

JVM的经验，採用两者结合的方式

開始对全部的代码都採取解释运行的方式。并监视代码运行情况，然后对那些常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，仍对其进行解释运行。

 

五、        JVM执行时数据区

第一块：PC寄存器

PC寄存器是用于存储每一个线程下一步将运行的JVM指令，如该方法为native的。则PC寄存器中不存储不论什么信息。

第二块：JVM栈

JVM栈是线程私有的，每一个线程创建的同一时候都会创建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

第三块：堆（Heap）

它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域。能够觉得Java中全部通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存须要等待GC进行回收。

（1）      堆是JVM中全部线程共享的。因此在其上进行对象内存的分配均须要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比較大的

（2）      Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率，对于所创建的线程都会分配一块独立的空间TLAB（Thread Local
Allocation Buffer），其大小由JVM依据执行的情况计算而得，在TLAB上分配对象时不须要加锁。因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配。在这样的情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的。但假设对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配

（3）      TLAB仅作用于新生代的Eden Space，因此在编写Java程序时。通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效。

第四块：方法区域（Method Area）

（1）在Sun JDK中这块区域相应的为PermanetGeneration，又称为持久代。

（2）方法区域存放了所载入的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发者在程序中通过Class

对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域。同一时候方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC。当方法区域须要使用的内存超过其同意的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。

第五块：执行时常量池（Runtime Constant Pool）

存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等。其空间从方法区域中分配。

第六块：本地方法堆栈（Native Method Stacks）

JVM採用本地方法堆栈来支持native方法的运行，此区域用于存储每一个native方法调用的状态。

 

六、        JVM垃圾回收

GC的基本原理：将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器。因为GC须要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后。依照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC相应用造成的暂停

（1）对新生代的对象的收集称为minor GC。

（2）对旧生代的对象的收集称为Full GC。

（3）程序中主动调用System.gc()强制运行的GC为Full GC。

不同的对象引用类型， GC会採用不同的方法进行回收，JVM对象的引用分为了四种类型：

（1）强引用：默认情况下，对象採用的均为强引用（这个对象的实例没有其它对象引用，GC时才会被回收）

（2）软引用：软引用是Java中提供的一种比較适合于缓存场景的应用（仅仅有在内存不够用的情况下才会被GC）

（3）弱引用：在GC时一定会被GC回收

（4）虚引用：因为虚引用仅仅是用来得知对象是否被GC