JVM 深入理解（一）
2020-06-13 本文已影响0人
only_one
简介:
Java Virtual Machine JVM 全称 Java Virtual Machine，也就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它能识别 .class后缀的文件，并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，完成我们想要的操作。
翻译:Java 程序不一样，使用 javac 编译成 .class 文件之后，还需要使用 Java 命令去主动执行它，操作系统并不认识这些 .class 文件。所以JVM就是一个翻译。
image.png
从图中可以看到，有了 JVM 这个抽象层之后，Java 就可以实现跨平台了。JVM 只需要保证能够正确执行 .class 文件，就可以运行在诸如 Linux、Windows、MacOS 等平台上了，JVM讲.class和.jar进行翻译成操作系统能识别的机器码，从而调用操作系统的方法。
JVM、JDK,JRE之间的关系：
JVM:只是一个翻译，把Class翻译成机器识别的代码，JVM 不会自己生成代码，需要大家编写代码，同时需要很多依赖类库，这个时候就需要用到JRE。（翻译）
JRE:它除了包含JVM之外，提供了很多的类库（就是我们说的jar包，它可以提供一些即插即用的功能，比如读取或者操作文件，连接网络，使用I/O等等之类的）这些东西就是JRE提供的基础类库。JVM 标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了 Java 的运行时环境，也就是我们常说的 JRE（Java Runtime Environment）。(提供类库)
JDK:提供了一些非常好用的小工具，比如 javac（编译代码）、java、jar （打包代码）、javap（反编译<反汇编>）等。这个就是JDK（提供工具）
JVM整体流程图：
流程图.png
图中的运行时数据区：jvm所管理的内存。
执行引擎：将放在运行时数据区的中的方法，和操作进行解释执行。
解释执行与JIT之间的区别：
以HelloWord.java为例，通过javac进行编译之后得到.class文件，通过ClassLoader进行类加载到运行时数据区中（jvm所管理的内存），jvm再通过执行引擎将运行时数据区中的数据进行翻译机器码，从而执行调用操作系统的方法。那么还是没有说到解释执行和JIT 呢？
翻译：
（1）、将所有的类都全部翻译成机器码之后才执行，（速度慢，效率低）
（2）、一遍翻译一遍执行，（相比第一种速度上有了很大的提升）-----解释执行。
那什么又是JIT呢？
在hotspot中，可能会有热点方法，如我们同一个方法执行很多次，jvm会将这部分代码直接编程成本地代码，提高运行速度，（前提是热点方法，热点类）
运行时数据区：
运行时数据区的定义：
Java虚拟机在执行Java程序 的过程中会把它所管理的内 存划分为若干个不同的数据 区域。
运行时数据区的类型：程序计数器、虚拟机栈、本 地方法栈、Java堆、方法区 （运行时常量池）、直接内存。
如图所示：
image.png
1、程序计数器：当前线程执行的字节码的行号指示器；各线程之间独立存储，互不影响。
举个例子：现有一个Person类，Person中提供了对应的方法，通过javac编译之后得到对应的.class文件，现在通过javap -c 对.class 文件进行反编译，如图所示：
image.png
上图所示是通过反编译得到.class文件的对应的字节码，每行都有对应的编号，在多线程中，cpu调度线程的，时间轮转时线程通过程序计数器记录当前的对应的行号，直到线程下次拥有cpu调度时接着执行，从而确保程序的正常执行。
2、虚拟机栈：存储当前线程运行方法所需的数据，指令，返回地址，栈（先进后出）
2.1、栈帧（方法）
2.1.1、局部变量表：用来存储局部变量 只能 存储8大基本类型，对象引用
2.1.2、操作数栈：存放方法的操作、执行。
2.1.3、动态链表：:Java语言特性多态（需要类运行时才能确定具体的方法）。
2.1.4、完成出口：正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）、异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）
3、方法区：
方法区主要存储：类信息，常量，静态变量，即时编译期编译后的代码。
4、堆：
堆主要存储：几乎所有对象实例，数组。
方法区和堆为啥不用一个区域，要用两个区域？堆可以进行频繁的回收，方法区回收比较难，动静分明。
从底层深入理解运行时数据区：
image.png
1、申请内存，分别给堆，栈，方法区分配内存。
2、类加载，class进入方法区。
3、常量，静态变量 入方法区。
4、虚拟机栈帧--入栈帧
下面先介绍一下HSDB工具，查看内存的工具：
1）、首先找到jdk的安装目录，找到sawindbg.dll文件，将改文件复制到对应目录的jre下。
image.png
2）、现在采用JVMObject.java为例：
public class JVMObject {
public final static String MAN_TYPE = "man"; // 常量
public static String WOMAN_TYPE = "woman"; // 静态变量
public static void main(String[] args)throws Exception {//栈帧
Teacher T1 = new Teacher();//堆中 T1 是局部变量
T1.setName("Mark");
T1.setSexType(MAN_TYPE);
T1.setAge(36);
for (int i=0;i<15;i++){//进行15次垃圾回收
System.gc();//垃圾回收
}
Teacher T2 = new Teacher();
T2.setName("King");
T2.setSexType(MAN_TYPE);
T2.setAge(18);
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);//线程休眠很久很久
}
}
class Teacher{
String name;
String sexType;
int age;//堆
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getSexType() {
return sexType;
}
public void setSexType(String sexType) {
this.sexType = sexType;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
3）、在jdk下面的lib目录找到a-jdi.jar文件，输入命令如下：
image.png
4）、让JVMObject运行，再将环境切换到JVMObject对应的目录下输入命令如下所示：
image.png
5）、在HSDB输入框中输入JVMObject对应的10756，并点击main方法
image.png
image.png
如图所示为jvm虚拟机的栈区图，左边对应的是内存的地址。
image.png
main方法对应栈帧的内存地址，图上怎么还会有一个栈帧？原因是在代码中还调用了sleep方法，查看 sleep源码属于本地方法，验证了本地方法栈和hotspot栈合并。
再看class在内存中所在的区域
image.png
image.png
通过点击Teacher可以看到有两个地址，在回看JVMObject代码，在代码中创建了两个对象，mark和king对象。为了验证随便点击一个进行查看：
image.png
接下来看看堆空间
image.png
从图上可以看出，分为两个空间，新生代，和老年代，并且内存地址还是连续的，JVMOject代码中mark对象通过调用gc进行回收15次，则mark对象进入了老年代，而king在新生代。
image.png
