作为一个Java程序员,每天都与JVM在打交道,那么JVM到底是什么?它的内部原理有哪些神秘之处? 今天我利用这篇文章来解释解释, 也当作自己的《深入Java虚拟机》的读书笔记。 希望各位看官多多指教.
下面的内容,我会以一问一答的形式来整理,总结,带着问题去学习,我认为是效率最高的学习方法。
一、为什么叫虚拟机?
之所以叫虚拟机,是因为它仅仅是一个规范定义的抽象计算机.所以,要运行某个Java程序,首先需要一个符合该规范的具体实现,所以也就有了现在的Sun 虚拟机和IBM 虚拟机等不同虚拟机的出现 .
所以,当我们说道Java虚拟机的时候,就意味着下面3个不同的事物:
二、JVM的生命周期是怎样的?
一个运行时的java虚拟机的天职是负责运行一个Java程序。 也就是说, 当启动一个Java程序时,一个虚拟机的实例就诞生了,当该程序关闭时,虚拟机的实例也就退出了。
如果在同时运三个Java程序,将得到3个虚拟机的实例. Java虚拟机通过调用某个初始类的main()方法来运行一个Java程序,而main()方法有签名限制,也就是我们常见到的 public、static、void并且接受一个字符串数组为参数.
Java程序初始化类的main()方法,将作为程序的初始线程起点,任何其他的线程都是由这个初始线程启动的。
PS:关于JVM中线程的那些事(这里简单罗列一下,后续会有文章专门来介绍JVM线程机制.)
JVM内部分两种线程: 守护线程与非守护线程.
守护线程通常为JVM自己创建,当然,你也可以自己将某个线程设置为守护线程。 通常这样的线程应用于
JVM内部作业,比如说: 垃圾回收的线程。
而像初始线程---开始main()方法的那个线程既叫非守护线程。 只要有任何非守护线程还在运行,那么这个
Java程序还将继续运行着,当所有非守护线程都运行结束了,虚拟机实例将自动退出。 当然,你也可以在程序中
显示的调用Runtime或者System类的exit()方法来退出.
三、JVM的体系结构是怎么样的?
在JAVA虚拟机的规范中,一个JVM的实例应该按照以下:
这么几个术语来描述.(这里仅仅列出概念,后续会详细解释)
这里利用一个图来说明:(来源于网络,版权信息不详,如有侵权,请告知)
如上图中所示: 每一个JVM实例,都会有的以下2个东西:
- 类装载器子系统 ----- 负责根据给定的全限名来装入类型(类或者接口)
- 执行引擎 --------------负责执行哪些包含在被装载类的方法中的指令
类装载系统的作用?
有过一定经验的Java程序员一般都知道这个系统的作用,这里我还是稍微总结一下,以让经验稍微欠缺的朋友了解一下,它在JVM中的主要作用是 负责查找并加载类型。
JVM中分两种类装载器:
前者是JVM的一部分,而后者则是Java程序的一部分,这意味着,启动类加载器一般我们无法修改与指定,而自定义类装载器我们可以通过程序来指定。
启动类加载器:
每个JVM实现都必须有一个启动类加载器,它知道如何加载受信任的类,比如Java api的class文件,至于如何去寻找这些class,由不同的JVM实现者而不同,就像是不同的JDBC驱动一样,根据厂商的不同而不同的。
自定义类加载器:
自定义类加载器需要继承Java核心的java.lang.ClassLoader类, 跟所有的对象一样,自定义类加载器与Class类的实例都保存在JVM的堆中。
而对于类装载器的装载顺序,如下:
- 装载,查找并装载类型的二进制数据
- 连接,执行验证(确保导入类型正确),准备(为类分配内存初始化为默认值)以及解析(把类型中的符号引用转成直接引用)
- 初始化,把类变量初始化为正确的初始值
那上图中
运行时数据区是做什么用的??
当JVM运行一个程序,它需要存储很多东西到内存中,比如 字节码、从装载的class文件中得到其他信息、程序创建的对象、传递给方法的参数、返回值、局部变量以及运行的中间结果等。 这些东西都被JVM组织到 运行时数据区 中,以便于管理。
方法区与堆的作用?
另外需要注意的是: 每个JVM实例都有一个 方法区与一个堆, 他们被JVM实例的所有线程共享。 比如说: 当一个JVM装载一个class文件的时候,它会从class文件包含的二进制数据中解析出类型信息,并将它们放到方法区中,当程序运行时,虚拟机会把所有程序在运行时创建的对象都放到堆中。
方法区的具体细节是怎么样的?
它存储着被装载类型的信息。它被所有的线程共享着,因此它们对方法区的访问必须被设计成线程安全的。 比如:两个线程加载一个类,而这个类还没有被装入JVM中,此时应该有一个线程去装载它,另外一个线程在等待。
它会保存着装载类的如下信息:
- 类型的基本信息(类名,接口还是类、访问修饰符、实现的接口、父类名)
- 该类型的常量池
- 字段信息(字段名、字段类型、修饰符)
- 方法信息(方法名、方法返回类型、参数数量与类型、修饰符)
- 静态变量
- 指向ClassLoader的引用(JVM需要知道,这个类型是谁加载的)
- 指向Class类的引用(以便获取类型的Class对象)
堆的具体细节是怎么样的?
它保存这运行时创建的对象或者数组 ,而一个JVM只有一个堆空间看,所有线程都共享着这个空间。
在JVM中,有一条在堆中分配新对象的指令,但是却没有释放内存的指令(其通过垃圾回收来实现).而垃圾回收器的具体实现也是由JVM的具体实现者来决定的。
JVM中的数据类型有哪些?
JVM中,数据类型分两种:
Java语言中,所有基本数据类型也都是JVM的基本数据类型,但是boolean有点特别,为什么? 因为当编译器将Java类编译成字节码后,它会用int或者byte表示Boolean 。
另外,JVM中 ,false是由整数0来表示的,true为所有非零的整数表示。
JVM中的数值类型分为两种 一种是 整数类型(byte,short,int,long,char)
另外一种是:浮点数类型(float,double)
在JVM内部,还有一个特殊的数据类型,Java程序员不允许使用,它被用来实现finally子句,
它就是 returnAddress类型
JVM中的引用数据类型有三种: 类类型、接口类型和数组类型。
它们的值都是对动态创建的对象的引用。 值得注意的是 在JVM中,数组是一个真正的对象。
Java栈的作用?
每一个新创建的线程,它都将获取它自己的PC寄存器(也叫程序计数器)和一个Java栈。 如果线程在执行一个Java方法时候,它的PC寄存器总是指向下一条需要执行的指令, 而它的Java栈则保存线程中Java方法的调用状态,比如: 它的局部变量、传入方法的参数、返回值、以及运算的中间结果等。
Java栈的结构:
我们知道,Java栈用来保存线程调用一个非本地方法的java方法的状态, 那如果一个线程调用多个Java方法呢? 那每个Java方法的状态如何保存。
在Java栈的内部,它是由许多的 栈帧 或者叫 帧组成的。 一个帧包含一个Java方法调用的状态,当线程调用一个Java方法时候,JVM压入一个新的Java栈帧进入Java栈; 当方法返回时,这个栈帧被从Java栈中弹出并抛弃。
OK. 这篇文章就先写到这, 文章都是自己平时看书积累的一些笔记或心得。
有的东西总结得还不是很全面,希望能让各位读者对JVM有一些初步的了解。
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