我们写的是. java 文件,需要通过 javac 编译,产生. class 文件,class 文件才可以被 JVM 识别。我们经常见到的. jar 文件,其实就是. class 文件的压缩包(减少文件个数,方便操作),被加载到 JVM 才可以运行。
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从上可以看出,JVM 包含以下几个部分
。
- 类加载、执行引擎、运行数据区以及垃圾回收器
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运行时数据区区主要可以划分为 5 个区域
方法区包含两部分
用于存储类结构信息的地方,包括常量池、静态变量、构造函数、运行时常量池 (Runtime Constant Pool) 等和代码缓存即编译后的代码(JIT)。虽然 JVM 规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分, 但它却有个别名 non-heap(非堆),所以大家不要搞混淆了。
- 永久代(Permanent Generation)
永久代(持久代 Permanent Generation)—— -XX:MaxPermSize 设置上限,-XX:PermSize 设置最小值 例:VM Args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M。如果它的空间用完了,会导致 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 的异常。
JAVA8 开始,持久代已经被彻底删除了,取代它的是另一个内存区域也被称为元空间。是本地堆内存中的一部分,它可以通过 - XX:MetaspaceSize 和 - XX:MaxMetaspaceSize 来进行调整,当到达 XX:MetaspaceSize 所指定的阈值后会开始进行清理该区域,如果本地空间的内存用尽了会收到 java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space 的错误信息。
代码缓存(Code Cache)——这个缓存区域是用来存储编译后的代码。编译后的代码就是本地代码(硬件相关的),它是由 JIT(Just In Time) 编译器生成的,这个编译器是 Oracle HotSpot JVM 所特有的。
存储 java 实例或者对象的地方。这块是 GC 的主要区域。堆的大小可以通过 JVM 选项 - Xms 和 - Xmx 来进行调整,当堆耗尽的时候,JVM 会抛出 java.lang.OutOfMemoryError 异常。从存储的内容我们可以很容易知道,方法区和堆是被所有 java 线程共享的。
堆被分为:
- Eden 区 —— 新对象或者生命周期很短的对象会存储在这个区域中,这个区的大小可以通过 - XX:NewSize 和 - XX:MaxNewSize 参数来调整。新生代 GC(垃圾回收器)会清理这一区域。
- Survivor 区 —— 那些历经了 Eden 区的垃圾回收仍能存活下来的依旧存在引用的对象会待在这个区域。这个区的大小可以由 JVM 参数 - XX:SurvivorRatio 来进行调节。
- 老年代 —— 那些在历经了 Eden 区和 Survivor 区的多次 GC 后仍然存活下来的对象(当然了,是拜那些挥之不去的引用所赐)会存储在这个区里。这个区会由一个特殊的垃圾回收器来负责。老年代中的对象的回收是由老年代的 GC(major GC)来进行的。
java 栈总是和线程关联在一起,每当创建一个线程时,JVM 就会为这个线程创建一个对应的 java 栈。在这个 java 栈中又会包含多个栈帧,每运行一个方法就创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应一个栈帧在 java 栈中入栈到出栈的过程。所以 java 栈是线程私有的。
用于保存当前线程执行的内存地址。由于 JVM 程序是多线程执行的(线程轮流切换),所以为了保证线程切换回来后,还能恢复到原先状态,就需要一个独立的计数器,记录之前中断的地方,可见程序计数器也是线程私有的。
和 java 栈的作用差不多,只不过是为 JVM 使用到的 native 方法服务的。本地方法栈的参数顺序、返回值和典型的 C 程序相同。
主要是调用 C 或 C++ 实现的本地方法及返回结果。
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分。
在 NIO 中,引入了一种基于通道和缓冲区的 I/O 方式,它可以使用 native 函数直接分配堆外内存,然后通过一个存储在 java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。-XX:MaxDirectMemorySize 设置最大值,默认与 java 堆最大值一样。
JVM 将类加载分为 3 个步骤:
- 装载(Load)
- 链接(Link)
- 初始化(Initialize)
其中 链接(Link)又分 3 个步骤,如下图所示:
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查找并加载类的二进制数据(查找和导入 Class 文件)
加载是类加载过程的第一个阶段,在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事情:
1)通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。
2)将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3)在 Java 堆中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象,作为对方法区中这些数据的访问入口。
相对于类加载的其他阶段而言,加载阶段(准确地说,是加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段,因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载,也可以自定义自己的类加载器来完成加载。
加载阶段完成后,虚拟机外部的 二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中,而且在 Java 堆中也创建一个 java.lang.Class 类的对象,这样向 Java 程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
那么 class 文件加载又有什么原则呢?需要满足双亲委托原则,通过类加载器进行加载,类加载器分为以下几种:
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加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐层检查,只要某个 classloader 已加载,就视为已加载此类,保证此类所有 ClassLoader 加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。
验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致会完成 4 个阶段的检验动作:
文件格式验证:验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范;例如:是否以 0xCAFEBABE 开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析(注意:对比 javac 编译阶段的语义分析),以保证其描述的信息符合 Java 语言规范的要求;例如:这个类是否有父类,除了 java.lang.Object 之外。
字节码验证:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
符号引用验证:确保解析动作能正确执行。
验证阶段是非常重要的,但不是必须的,它对程序运行期没有影响,如果所引用的类经过反复验证,那么可以考虑采用 - Xverifynone 参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的时间。
2)准备:为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意:
假设一个类变量的定义为:public static int value = 3; 那么变量 value 在准备阶段过后的初始值为 0,而不是 3,因为这时候尚未开始执行任何 Java 方法,而把 value 赋值为 3 的 putstatic 指令是在程序编译后,存放于类构造器
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程,解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用限定符 7 类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标,可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
对类的静态变量,静态代码块执行初始化操作
初始化为类的静态变量赋予正确的初始值,JVM 负责对类进行初始化,主要对类变量进行初始化。在 Java 中对类变量进行初始值设定有两种方式:
①声明类变量是指定初始值。
②使用静态代码块为类变量指定初始值。
类什么时候才被初始化呢?1)创建类的实例,也就是 new 一个对象
2)访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
3)调用类的静态方法
4)反射(Class.forName("com.lyj.load"))
5)初始化一个类的子类(会首先初始化子类的父类)
6)JVM 启动时标明的启动类,即文件名和类名相同的那个类
只有这 6 中情况才会导致类的类的初始化。
类的初始化步骤 / JVM 初始化步骤:1)如果这个类还没有被加载和链接,那先进行加载和链接
2)假如这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(注意:在一个类加载器中,类只能初始化一次),那就初始化直接的父类(不适用于接口)
3 ) 假如类中存在初始化语句(如 static 变量和 static 块),那就依次执行这些初始化语句。
在如下几种情况下,Java 虚拟机将结束生命周期
1、执行了 System.exit() 方法
2、程序正常执行结束
3、程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
4、由于操作系统出现错误而导致 Java 虚拟机进程终止
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