JVM（一）虚拟机基础

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。

Java执行流程

​当我们编写完程序之后文件就是.Java文件通过Javac指令编译之后就是.class文件，之后就是由JVM将类加载到方法区中，执行引擎执行这些字节码。

​过程如下：Java 文件->编译器>字节码->JVM->机器码。

JVM的跨平台、跨语言性

• 跨平台

  ​Java官网提供了各个系统版本的JDK，我们根据系统下载对应版本的JDK就可以将我们写的类运行在不同的操作系统上。

  ​官网直达：https://www.oracle.com/java/technologies/javase/javase-jdk8-downloads.html

• 跨语言

  ​因为JVM是通过识别字节码（.class文件）的方式进行运行的，所以只要其他语言如果也可以编译为字节码文件则也可以在JVM上运行，例如：Groovy、Kotlin等等一些语言。所以JVM也是一定程度上奠定了Java强大的生态圈。

JVM相关实现

​JVM规范的存在提供了一些JVM的具体的实现。

• Hotspot

  使用最多的Java虚拟机，通过javac -version的命令可以看到。

• Jrocket

  原隶属于BEA公司，号称最快的JVM，后被Oracle所收购，与Hotspot所合并。

• J9

  IBM公司的JVM，主要用于自家产品上（IBM WebSphere 和IBM 的AIX 平台）。

• TaobaoVM

  淘宝根据HotSpot为自身定制的JVM，目前阿里、天猫都在使用。

• zing

  属于zual公司，很牛，但是很贵。它的垃圾回收速度非常快，之后它的垃圾回收算法被HotSpot所吸收形成了现在的ZGC。

JVM 整体知识模块

​从下图中可以看到JVM的知识模块是比较多的，但是基本上都会与内存结构牵扯到一些关系，所以内存结构是非常重要的一块知识点。

JVM 内存区

​class文件初始化时会将初始化的数据存放到方法区和堆中，当调用方法的时候会生成一个线程，线程中会虚拟出一块内存，通过执行引擎执行指令集，操作数据进行入栈出栈以及程序计数器计数，最后返回地址，从而完成一个方法的调用。

• 运行时数据区

  • 线程共享区

    • 方法区（规范，逻辑划分）

      方法区是JVM中的一种规范。JDK 1.7 是以永久代实现方法区，JDK 1.8是以元空间实现方法区的，所以存在不同的叫法。此区域是在class加载的时候就已经将数据加载到方法区中了。

      运行时常量池：主要存放引用地址。即在类加载的时候会存在将符号替换为直接引用的一部，其实就是将对象 a = new 对象()转换为对象 a = 地址，其地址就是存放在运行时常量池的。

    • 堆

      用于存放对象的。

  • 线程私有区

    • 线程
      

      此处每一个线程之间都是独立的、互不干扰的。每一个线程中都会存在三个大块—虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

      虚拟机栈：主要核心为一个个栈帧，遵循栈的数据结构，先进后出。通过-Xss可以设置每个虚拟机栈的大小，一般默认为1MB(不同的操作系统默认设置的大小不一样)。每一个方法都会创建一个栈帧，直至方法执行结束则会出栈。

      ​局部变量：主要存放八大基本数据类型以及对象的引用。

      ​操作数栈：执行引擎的一个工作区，通过执行引擎执行指令集对数据进行入栈、出栈、计算等等。

      ​动态连接：后期文章。

      ​方法返回：将最终结果返回。

      本地方法：存放native所修饰的方法，因为这些方法都是由C/C++所实现的，可以通过此方法来操作系统。

      程序计数器：单独划分的一块内存，主要存放当前执行引擎所执行的地址。因为多线程的情况所以需要记录当前线程所执行的地址/行号，类似于CPU时间片轮转，它的内部也存在一个类似程序计数器。

      ​此区域是永远不会出现栈溢出异常。

• 直接内存

  虚拟机内存以外的的内存，NIO可以操作此区域的内存。

  UnSafe类也可以，Ehcache就是基于此类实现的，但不建议自己使用。