你不得不知道的JVM（上）

一、JVM 与 JDK之间的联系

JDK是一个大集合，囊括了JRE、JDK工具（javac、javap...），同样包括了最为重要的JVM

二、JDK自带工具

2.1 Javap 工具

Javap工具可以将无法识别（除非借助查看JVM Class字节码文件的协议信息才能读懂），因此通过Javap反编译工具将字节码文件重新反编译成能读懂的文件

2.2 JStack

检测线程情况，判断是否存在死锁

2.3 JConsole

图形化界面查看JVM 运行时数据区的使用情况，垃圾回收的次数与时间

2.4 JVisualvm

同JConsole，功能更加强大

三、JVM为何能够跨平台

比如 Groovy、Java、Scala、kotlin都能依托JVM运行，是因为这些语言会将源代码编译成符合JVM约束的Class文件

四、Java类加载流程

Java的类加载依赖于ClassLoader，ClassLoader会将Class字节码文件加载到内存中，并负责进行下面的加载、链接、初始化过程

• 加载
  将Class文件转换为Kclass数据结构，并存放在方法区中，并在堆中生成一个java.lang.class对象作为对方法区Kclass数据对引用；
  其中两者互相持有指针。
• 链接
  • 验证
    主要是验证Class文件的正确性，如Magic、版本等信息
  • 准备
    为静态变量分配内存，并初始化成默认值
    对于 static final修饰的变量，对于基本数据类型或者String类型数据，还是在准备阶段就进行了赋值，而不会进入到初始化阶段才会赋值
  • 解析
    将类中的符号引用转换为直接引用
• 初始化
  在初始化的过程中，如果发现类还没有加载与链接，则会先进行加载与链接；
  指定class文件中已经构造好clinit的方法，clinit方法中包含了：父类的静态变量初始化、父类静态代码块、当前类静态变量初始化、当前类静态代码块；需要注意的是clinit方法只会随着类的加载只执行一次;
  触发时机？比如Class.forName就会导致初始化；这里就有个常规的面试题：为什么加载数据库驱动需要使用此方式？

五、Class.forName 与 ClassLoader的区别

5.1 Class.forName

Class.forName有两种参数形式方法：

• Class.forName(String name)
• Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader )

在第二个方法中，initialize参数就是控制加载的时候是否进行初始化，默认为True.

5.2 ClassLoader.loadClass

方法签名：

• ClassLoader.loadClass(String name)

该方式无法进行 初始化 操作。

5.3 比较

两者都可以保证类加载中的 加载、链接

但Class.forName默认可以进行初始化操作，而ClassLoader方式不会

六、ClassLoader类加载器

6.1 分类

• Bootstrap ClassLoader
  负责加载JRE中核心类等等，如：rt.jar
• Extension ClassLoader
  负责加载JRE中lib/ext目录中的包，因此，如果我们自定义的一些Class可以放在这个目录中
• Application ClassLoader
  应用程序中的所有类都由该加载器加载
• 自定义ClassLoader

6.2 加载流程：双亲委派机制

这是类加载机制中需要遵守的规则

• 检查某个类是否已经被加载
  自底向上
• 加载某个类
  自顶向下

6.2.1 双亲委派机制的意义

• 避免相同类的重复加载（相同类只会加载一次）
• 保护Java核心类免遭破坏（比如你重新写一个String类，在加载你应用级别代码时，先会看String类是不是已经被其它类加载器加载了）

七、JVM组成部分（简述）

这部分主要由两部分组成，分别是 运行时数据区和执行引擎两部分组成，下面将进行阐述

7.1 运行时数据区

在上述部分中详细介绍了class字节码加载到JVM的过程，那么如何组织这些Class文件中不同的结构以及Class中的指令该如何运行，这些就是运行时数据区应该考虑的事情，而方法区中的所有区域生命周期也不同，有的区域生命周期同JVM生命周期，有的区域的生命周期同应用程序中的线程生命周期

运行时数据区的组成部：

• 方法区
• 堆
• 栈
• 本地方法栈
• 程序计数器

7.1.1 方法区

• 线程共享，线程不安全，生命周期同JVM
• 方法区中存放内容如下：
  • 已经被类加载器加载的Class信息，表现上为KClass数据结构
  • 类静态变量（JDK1.6及之前）
  • 运行时常量池
  • 即时编译后CPU可直接执行的机器码
• 方法区是一种标准。其实现在不同版本JDK中各有不同
  在JDK1.7及之前使用的是永久带的实现方式，在JDK1.8开始使用的是元空间实现方式
• OOM
  当方法区内存不足时会抛出OOM

7.1.2 堆

• 线程共享区域

• 主要用于存储各类对象以及数组

• 生命周期同JVM

• OOM

  当堆空间不足时会抛出OOM

7.1.3 栈

• 每个线程所独立存在的区域，因此线程安全
• 是一种栈数据结构
• 当线程需要执行一个方法时，就对应着栈中的栈桢（Frame）结构，当线程需要执行某个方法时，就压入栈，当执行完毕之后再弹出栈

7.1.4 程序计数器

线程安全，记录当前线程正在执行的指令地址，用于假设当前线程失去了CPU执行权，当重新获取CPU执行权时，能够恢复之前的线程继续完成任务

7.1.5 本地方法栈

线程安全，结构同栈，只是本地方法栈执行的是标注有native关键字的方法，而这些方法是由C、C++编写的。

7.2 执行引擎

在执行引擎中包括了三个部分，下面逐一介绍

7.2.1 即时编译器

当开启了开选项之后（默认开启），会动态侦听热点代码，当发现有热点代码之后，通过即时编译器可以将某一段热点代码编译+解释形成CPU可直接执行的机器码指令，并保存在方法区，之后直接可以运行，从而提高热点代码的执行效率

7.2.2 垃圾回收器

这也是Java流行的原因之一，因为Java有垃圾回收器，从而不需要开发人员自己去释放垃圾

7.2.3 解释器

之前面试有个常考的面试题：Java是编译形语言还是解释形语言？其实Java是两者都有兼顾到

Java先利用Javac工具将Java代码编译成Class字节码文件，当类加载器将Class字节码文件加载到JVM之后，真正运行字节码指令时，还是需要解释器去将指令翻译成CPU可识别的指令。