java之Jvm学习--JVM运行机制

JVM启动流程

1.java虚拟机启动的命令是通过java +xxx(类名，这个类中要有main方法)或者javaw启动的。

2.执行命令后，系统第一步做的就是装载配置，会在当前路径中寻找jvm的config配置文件。

3.找到jvm的config配置文件之后会去定位jvm.dll这个文件。这个文件就是java虚拟机的主要实现。

4.当找到匹配当前版本的jvm.dll文件后，就会使用这个dll去初始化jvm虚拟机。获得相关的接口。之后找到main方法开始运行。

上面这个过程的描述虽然比较简单，但是jvm的启动流程基本都已经涵盖在里面了。

jvm的基本结构

类加载器子系统就是通常我们所说的ClassLoader类加载器，首先我们会通过ClassLoader加载到jvm的内存中去，本地方法区主要就是native的方法调用，这个我们不前不做关心，

pc寄存器

1.每个线程拥有一个pc寄存器。

jvm会为每一个线程分配一个pc寄存器，这个pc寄存器总是会指向下一个指令的地址。这样程序在执行过程中pc寄存器总是会知道下一步会做什么。在执行本地方法的时候，pc寄存器的值总是未定义的。

方法区

方法区是用来保存类的原信息。用来描述类的信息，包括类型常量池，字段方法信息，方法字节码。在JDK6的时候字符串常量是放在方法区中，但是JDK7的时候就已经移到了堆中。所以从这方面来说方法区，堆中到底保存的是什么信息和jdk的版本有很大的关系。从一般意义上来说我们的方法区就是保存一些类的原信息。方法区通常和永久区（perm）关联在一起，保存一些相对稳定的数据，

java堆

1.java堆应该是和程序开发中最为密切的一个内存区间，我们在程序开发中通过new出来的对象基本上都是保存在java堆中。

2.堆是全局共享的，所有线程都共享java堆，也就是你创建了一个对象之后，所有的线程都是能够访问的。

3.从GC的角度看，java堆的结构和GC的算法是有关系的。

java栈

1.java栈和堆相比是线程私有的，栈是由一系列帧组成的，所以java栈也叫作帧栈。帧中保存的内容是一个方法的局部变量，操作数栈，常量池指针。每一次方法调用都会创建一个新的帧，并压栈。

我们来看一段C++代码

在上面代码中method()这个方法中，我们new了一个对象，那这个new的对象就是在堆上分配的，但是在堆上分配有一个问题就是每次我们new一个对象之后都要手动把这个对象去删除，释放内存。如果我们多次在堆上分配了对象空间，但是却忘记了删除对象，就会出现内存泄露，就是我们分配空间却没有删除。内存泄露在实际开发中是非常难以解决的问题，因为内存泄露有可能发生在任何地方。 

我们可以采用右面的方法，声明一个对象，我们像上面右面的方法中声明一个对象，那么他并没有实际的划分内存空间，而只是在java栈上产生了一个引用。而这个引用在我们使用后会自动释放，不会产生内存泄露的问题。

java栈上分配好处

栈上分配的一般都是比较小的对象，在没有逃逸(逃逸是指这个对象创建出来之后不仅仅只在当前线程中要使用，其他的线程也要调用的情况)的情况下，直接分配到栈上。GC可以自动回收，减轻GC的压力。大对象或者逃逸对象无法分配到栈上。

我们从上面的代码和主时中可以交互，一个程序要想执行是需要几个内存区域交互配合执行的。

从上面这个图中我们可以发现，每个线程读取和存储的都是线程的工作内存。而线程的工作内存再到主存中的存储是肯定会有一些时差的。也就是改变了一个变量的值之后，另一个调用这个变量的对象是不能马上知道的。如果说要让其他线程立即可见这个改动，就要使用volatile关键字修饰。一旦使用这个关键字之后，所有调用这个变量的线程就直接去主存当中拿取数据。

下面这个图就是线程和本地内存和主存之间的关系。

 

线程总是在自己的本地内存中拿取变量，而本地内存中存储的只是共享变量的一个副本，真正的共享变量是存储在主存中的。所以这个之间存在了一定的时延和误差。

可见性

可见性是指一个线程修改了变量之后，其他线程能够立即知道。

保证可见性的方法就是上图提到的三种方法。

 

有序性和指令重排

有序性：在一个线程当中，所有的指令，所有的操作都是有序的。但是在线程外观察，在多线程的情况下去观察前面一个线程的行为，我们会发现这个行为有可能就是无序的(这种无序有两种原因，一种就是指令重排，另一种就是主存同步的延时，也就是说在线程A中更改了一个变量的值，同步主存也成功了，但是在线程B中我们可能还没来得及去同步主存中的值，这个时候对于线程B来说线程A的操作可能就是无序的)。

指令重排的基本原则：

1.程序顺序原则，一个线程内保证语义的串行性。

2.volatile规则：volatile关键字变量的写是先发生于读的。

3.锁规则：解锁必然发生于随后的一个加锁之前。

4.传递性：A先于B，B先于C，那么A必然先于C。

5.线程的start方法先于它的每一个动作。

6.线程的所有操作先于线程的终结(Thread.join())。

7.线程的中断（interrupt()）先于线程被中断的代码。

8.对象的构造函数执行结束于funlize()方法。