JVM基础-class文件与加载

class文件

就如同一般文件，只是一种文件形式，用于被jvm识别和执行。

不是只有java文件才能生成.class文件，scala和python也能生成class文件

如何生成

通过javac命令生成class文件

通过java命令执行class文件

javac Hello.java
java Hello

javac参数示例

javac -target 1.6 -source 1.6 Hello.java

class文件的作用是记录一个类文件中所有信息

比如说this和super关键字，没有定义过却可以使用；是生成class文件的时候jvm帮助我们记录了当前类的this和super关键字，所以我们才可以使用；class中的文件信息要多于java源代码。

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class文件结构

• class是一种8位字节的二进制流文件
• 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙。让jvm加载更快速
• 每个类或者接口都单独占据一个class文件，每个类都可以独自管理内部内容

constant_pool结构

简单基本类型

• CONSTANT_Integer_info
• CONSTANT_Long_info
• CONSTANT_String_info

复杂类型

• CONSTANT_Class_info:当前类名字和引用到类的信息
• CONSTANT_Fieldre_info:当前成员变量
• CONSTANT_Methodref_info:当前类中的方法
  存储的都是索引

class文件弊端

• 内存占用大，不适合移动端；类内容很多
• 堆栈的加载模式，加载速度慢
• 文件IO操作多，类查找慢

dex文件详解

假设有Main.java文件如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        print("hello world.");
    }
    private static void print(String s) {
        System.out.println(s);
    }
}

1. 什么是dex文件

   • 能够被DVM识别，加载并执行的文件格式
   • C/C++也可以生成dex文件

2. 如何生成dex文件

   • 通过IDE自动build生成

     dx --dex --output Main.dex Main.class
     

   • 手动通过dx命令生成dex

   • 手动运行dex文件，需要先链接你的手机或者模拟器；push dex文件到手机上；这里推送到手机上的外置存储卡目录上，可以修改该路径。

     adb push Main.dex /storage/emulated/0
     adb shell
     cd /storage/emulated/0
     dalvikvm -cp Main.dex Main
     

     其中-cp是执行，最后的Main是需要执行的class名称，必须填。

     最后控制台会输出hello world.

3. dex文件作用

   • 记录整个工程中所有类文件的信息，记住是整个工程！

4. dex文件格式详解

   • 一种8位字节流的二进制文件
   • 各个数据按照顺序紧密的排序，无间隙
   • 整个应用中的所有java源文件都放在一个dex中

class与dex对比

1. 本质上都是一样的,dex是从class文件演化而来的
2. class文件存在许多冗余信息，dex会除去冗余，并整合

Java虚拟机

JVM结构详解

类加载器classloader

1. Bootstrap ClassLoader: Load JRE/lib/rt.jar
2. Extension ClassLoader: Load JRE/lib/ext/*.jar
3. App ClassLoader
4. Custom ClassLoader

Classloader加载流程

1. loading: 类的信息从文件中获取并载入到JVM内存里
2. verifying: 检查读入的结构是否符合JVM规范的描述
3. preparing: 分类一个结构用来存储类信息
4. resolving: 把这个类的常量池中的所有的符号引用改变成直接引用
5. Initializing: 执行静态初始化程序，把静态变量初始化成指定的值

image.png

java栈区

• 作用：它存放的是java方法执行时的所有的数据
• 组成：由栈帧组成，一个栈帧代表一个方法的执行

java栈帧

1. 每个方法从调用到执行完成就对应一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈
2. 局部变量表，栈操作数，动态链接，方法出口

本地方法栈

• 作用：本地方法是专门为native方法服务的

方法区

存储被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后等数据

堆区

• 作用：所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配
• 特点：是虚拟机中最大的一块内存，是GC要回收的部分

image.png

GC垃圾回收

1. 引用计数算法
2. 可达性算法

引用的类型

• 强引用，软引用，弱引用，虚引用

标记-清除算法

该算法通过扫描无用的引用，来直接置空不可达的对象；但是会造成内存碎片化严重问题。

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复制算法

当存活的对象比较少时，很高效；但是需要一块内存需要复制对象

image.png

标记整理算法

在标记清除算法的基础上，加上了对象的移动，相应的空闲指针也移动；但成本更高，解决了内存碎片问题。

image.png

触发GC条件：

1. Java虚拟机无法再为新的对象分配内存空间
2. 手动调用System.gc()（强烈不推荐）加大虚拟机压力
3. 低优先级的GC线程，被运行时就会执行GC

Dalvik VM

与JVM的不同点：

• 执行的文件不同，一个是class，一个是dex
• 类加载的系统与JVM区别较大
• 可以同时存在多个DVM
• Dalvik是基于寄存器的，而JVM是基于栈的

ART虚拟机

• DVM使用JIT来讲字节码转换成机器码，效率低；因为每次重新打开程序都需要转换一次机器码
• ART采用了AOT预编译技术，执行速度更快；直接执行机器码
• ART会占用更多的应用安装时间和存储空间

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类加载器详解

ClassLoader种类

• BootClassLoader 加载系统字节码文件
• PathClassLoader 加载应用字节码文件
• DexClassLoader 加载指定目录字节码文件
• BaseDexClassLoader