java村支书 · 2019年10月22日

解锁JVM成神之路（一）

jvm指的是Java虚拟机，一种能够运行Java字节码的虚拟机。它能够模拟具有完整硬件系统功能，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。作为一种编程语言的虚拟机，它不只是专注于Java语言，只要生成编译文件匹配jvm对加载编译文件格式的要求，任何语言都可以由jvm编译运行。比如scala，kotlin等。

JVM的基本组成结构

jvm由三部分组成：

类加载子系统
运行时数据区（内存空间，内存结构）
执行引擎

结构图如下：
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深入了解运行时数据区

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线程共享：

方法区（1.8之后已经不叫方法区了，叫元数据区）：用来存储被jvm加载的类信息，常量，静态变量等数据。也就是类的所有属性，方法以及构造器，接口代码都在这里定义。

这个区域包含一个很重要的区域叫常量池。class对象除了类的版本，属性，方法等信息外，还有一些常量以及字面值，而这些几乎都存在于常量池里，这部分内容将在被加载的过程中存放到常量池里。

堆：实例化的对象以及数组都存在这个区域。这个区域的cg最活跃，也就是cg进行垃圾回收的重要场所。这个区域，cg是以分代回收算法进行垃圾回收的。从cg的角度看，堆又可以分为：新生代和老年代。

线程私有：

程序计数器：也就是一个指针，指向方法区中的方法字节码。也就是用于存储每条线程的执行字节码指令地址。每条线程都会拥有自己的程序计数器，以便线程切换的时候，能使程序正常运行。
jvm栈：存储着每一个栈帧。每个方法的执行都对应着每一个栈帧，栈帧里放着局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。每个方法的执行以及结束都对应到栈帧的入栈与出栈。

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本地方法栈：这个跟jvm栈差不多，只是jvm栈为我们的java服务的，而本地方法栈是为native 方法服务。

深入了解类加载子系统

我们的Java文件被jvm编译器编译成class对象之后，在runtime时，由类加载子系统将class字节码文件加载到运行时数据区中。
但是，类加载子系统在类的整个生命周期中主要的工作是什么呢？
类的生命周期：
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类的生命周期分为：
加载-->连接-->初始化-->使用-->卸载

而连接过程又分为：验证-->准备-->解析。其实这个过程就是类加载子系统工作的过程。

一，工作过程

1，加载：将class字节码文件加载到运行时数据区中。
2.1，验证：1，检查字节码文件是否正确。2，检查文件头的magic number是否正确。

何为magic number？我们用编辑器打开随意一个class文件，发现都是以CAFEBABE开头。把这数据改掉或者删除，都会出错。这个就是magic number

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2.2，准备：给类的静态变量分配内存，赋予初始值。这里的初始值并不是赋值的值。打个比方：private int i = 100; 在准备阶段，并不是将100赋值给i。而是给i赋值0，因为int的默认初始值是0。
2.3，解析：检查指定的类是否引用了其他的类或者接口，是否能正常引入。也就是装载当前类引入依赖的其他类。
3，初始化：这里才是给类的静态变量赋正确的初始值。i的值由0变为100。

使用，卸载这就没什么可说的了。

通过源码了解加载过程：
在rt.jar包中的java.lang.ClassLoader类中，我们可以查看类加载实现过程的代码，具体源码如下：

   //
  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

源码的注释写得很清楚了：

加载的时候使用了synchronized加锁机制，也就是当前线程有在加载当前这个类时，不允许其他类进行加载。
判断这个类是否已经被加载，如果已经加载了，就不再加载。如果没有，则要加载。

我们在看源码时，看到

         //从parent这个成员变量中，我们得知
         private final ClassLoader parent;
         try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            }
        c = findBootstrapClassOrNull(name);

这是一个很重要的信息~由此引申一个下面很重要的概念