Java的口号是什么？“一次编译，到处运行！”

简单聊聊JVM

我们在刚开始学习Java的时候，一定使用过javac来编译.java文件，然后使用java来运行.class文件。
1.1 编译过程：
.java文件是使用Java源码编译器（也就是上面说到的javac.exe）来完成的。
Java源码编译器流程
总结一下就是由以下三个过程组成：

1.2 JVM实现跨平台：
通过Java源码编译器，我们成功的将.java文件生成出.class文件。这些.class文件是不能直接运行的，它不像是C/C++。
这些生成的.class文件是交给JVM来解析运行的。
JDK是区分操作系统的，只要你安装了JDK，那么这个JDK就可以匹配你的操作系统。JDK中的JVM是运行在操作系统上的，.class文件是运行在JVM上的，所以完全不需要担心字节码是在哪个系统操作系统上编译完成的，只要符合标准，那么就完全可以运行。这样，Java就实现了“一次编译，到处运行”。
1.3 类的加载时机：
生成后的.class文件中的类都会加载进JVM中吗？
实际上，JVM严格的规范了哪些情况下会对类立刻进行初始化：

  • 创建类的实例(new 的方式)。访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值，调用类的静态方法；
  • 反射的方式；
  • 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化；
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类，直接使用java.exe命令来运行某个主类（包含main方法的那个类）。

所以，JVM中类的加载是动态的，它不会一次性将所有的类都加载运行，而是保证程序运行的基础类（像是基类）完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。当然这是为了节省内存开销。
1.4 如何将类加载到JVM中：
.class文件通过类的加载器装载到JVM中。
Java中的类加载器：
ClassLoader
每种加载器的工作职责：

  • Bootstrap ClassLoader：负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类；
  • Extension ClassLoader：负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包；
  • App ClassLoader：负责记载classpath中指定的jar包及目录中class。

工作流程：

  • 当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
  • 当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
  • 如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载；
  • 若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载；
  • 如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException。

其实这就是所谓的双亲委派模型。简单来说：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上。
优点就是可以防止内存中出现多份同样的字节码。
备注：
类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的 java.lang.Class类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而不会尝试再次加载。
1.5 JIT即时编译器
JVM加载了.class文件以后，难道会逐条取出，逐条执行吗？
如果是设想的这样的话，速度就太慢了。
实际上，JVM有自己的想法：

  • 将这些Java字节码重新编译优化，生成机器码，让CPU直接执行。这样编出来的代码效率会更高；
  • 编译也是要花费时间的，我们一般对热点代码做编译，非热点代码直接解析就好了。

备注：热点代码包含(1).多次调用的方法；(2).多次执行的循环体。
那么我们怎么知道是不是热点代码，我们可以通过热点探测来检测。目前的热点探测使用计数器的方式，它为每个方法准备了两类计数器：

  • 方法调用计数器（Invocation Counter）
  • 回边计数器（Back EdgeCounter）
  • 在确定虚拟机运行参数的前提下，这两个计数器都有一个确定的阈值，当计数器超过阈值溢出了，就会触发JIT编译。


拓展阅读：

1.6 JVM的内存结构
我们可以来看看JVM内存结构：

  • 堆：存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
  • 虚拟机栈：虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存结构：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息；
  • 本地方法栈：本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务；
  • 方法区：存储已被虚拟机加载的类元数据信息(元空间)；
  • 程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器。

1.7 工作流程：

参考文章：
https://www.cnblogs.com/qiumingcheng/p/5398610.html Java程序编译和运行的过程

未完待续，嘻嘻

最后更新： 2019年11月17日 23:36

原始链接： http://leiii33.github.io/2019/11/15/JVM-从入门到放弃/