聊聊JVM基礎(chǔ)，快進(jìn)來復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)吧
大家好，今天總結(jié)了一下老生常談的 JVM，這也是面試必問的知識。
話不多說，整起來!
一、JVM 是什么?
1、Java 虛擬機(jī)(Jvm)是可運(yùn)行 Java 代碼的假想計算機(jī)。
2、Jvm 充當(dāng)著一個翻譯官的角色，我們平常所編寫出的 Java 程序，是不能夠被操作系統(tǒng)所直接識別的，這時候 JVM 的作用就體現(xiàn)出來了，它負(fù)責(zé)把我們的程序翻譯給系統(tǒng)“聽”，告訴它我們的程序需要做什么操作。
3、Jvm 針對每個操作系統(tǒng)開發(fā)其對應(yīng)的解釋器，所以只要其操作系統(tǒng)有對應(yīng)版本的 Jvm，那么這份 Java 編譯后的代碼就能夠運(yùn)行起來，有句話大家一定聽說過:「Java 能一次編譯到處運(yùn)行」，這就是原因所在。
二、Jvm 的體系架構(gòu)?
Jvm 是這四部分組成：
- 運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)
- 類加載器
- 執(zhí)行引擎
- 垃圾回收器
下面就聊聊這四個部分~~
2.1 運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)
Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行 Java 程序的過程中會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，這些區(qū)域各有各的作用，各有各的生命周期。
有些區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結(jié)束建立和銷毀。
運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)的劃分：方法區(qū)、虛擬機(jī)棧，本地方法棧、堆、程序計數(shù)器
上面這張圖大家一定都見過，其實(shí)可以劃分的更細(xì)點(diǎn)，看下面的這兩張圖：
能看出 1.8 版本前后的差別么，下面就看看這些區(qū)域都干啥的~~
程序計數(shù)器
- 其實(shí)你可以把它看作是當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，在 Jvm 工作時，就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程的恢復(fù)等工作都需要依賴程序計數(shù)器去完成。它就好像是一個路口的紅綠燈一樣。
特點(diǎn)：1、占用很小的內(nèi)存 2、各線程私有
就比如下面字節(jié)碼一樣，每一行開頭的黃色數(shù)字，我們就可以認(rèn)為它是程序計數(shù)器所存儲的內(nèi)容：
- public void doSth1();
- descriptor: ()V
- flags: ACC_PUBLIC
- Code:
- stack=2, locals=3, args_size=1
- 0: ldc #5
- 2: dup
- 3: astore_1
- 4: monitorenter
- 5: getstatic #2
- 8: ldc #3
- 10: invokevirtual #4
- 13: aload_1
虛擬機(jī)棧
- 虛擬機(jī)棧，其描述的就是線程內(nèi)存模型，也可以稱作線程棧，也是每個線程私有的，生命周期與線程保持一致。在每個方法執(zhí)行的時候，jvm 都會同步創(chuàng)建一個棧幀去存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)連接，方法出口等信息。一個方法的生命周期就貫徹了一個棧幀從入棧到出棧的全部過程。
特點(diǎn)：1、隨線程而生、隨線程而死 2、先進(jìn)后出
棧示意圖：
本地方法棧
- 本地方法棧，和虛擬棧其實(shí)很相似的，我們知道，java 底層用了很多 c 的代碼去實(shí)現(xiàn)，而其調(diào)用 c 端的方法上都會有 native 來代表本地方法，而本地方法棧就是為其服務(wù)的。
特點(diǎn)：1、各線程私有 2、和本地方法有關(guān)
native 修飾的方法：
- public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
堆
- 堆可以說是 jvm 中最大的一塊內(nèi)存區(qū)域了，它是所有線程共享，幾乎所有的對象實(shí)例都會在這里分配。
- java 堆是垃圾回收器主要回收的區(qū)域。從內(nèi)存回收的角度來說，堆空間可以分為新生代和老年代，而新生代又可以分為伊甸區(qū)，Survivor 區(qū)。
特點(diǎn)：1、所有線程共享 2、占用大的內(nèi)存空間 3、先進(jìn)先出
堆的劃分：
方法區(qū)
- 方法區(qū)，也是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它是用來被存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
- 從上面的圖，可以看到 1.8 之前和之后，方法區(qū)所在的位置是有差別的。在 Java 8 之前有個永久代的概念，實(shí)際上指的是 HotSpot 虛擬機(jī)上的永久代，它用永久代實(shí)現(xiàn)了 JVM 規(guī)范定義的方法區(qū)功能，這部分由于是在堆中實(shí)現(xiàn)的，受 GC 的管理，不過由于永久代有 -XX:MaxPermSize 的上限，所以如果大量地調(diào)用 String.intern 方法 (將字段串放入永久代中的常量區(qū))或 動態(tài)生成類(將類信息放入永久代)，很容易造成 OOM。
- 所以，在 Java 8 中就把方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)移到了本地內(nèi)存中的元空間中，這樣方法區(qū)就不受 JVM 的控制了，這個區(qū)域也就不會進(jìn)行 GC，也因此提升了性能，正因?yàn)榉诺搅吮镜貎?nèi)存，也就不存在由于永久代限制大小而導(dǎo)致的 OOM 異常了。
- 另外，運(yùn)行時常量池也是方法區(qū)的一部分，用來存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容在類加載后進(jìn)入該常量池中。
特點(diǎn)：1、所有線程共享 2、1.8 之后移到了元空間 3、涉及到常量池
直接內(nèi)存
從上面的圖中，看到有直接內(nèi)存這個區(qū)域
- 直接內(nèi)存，并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，其實(shí)可以理解為堆外內(nèi)存，在一些場景下，比如：NIO 類引入了一種基于通道(Channel)與緩沖區(qū)(Buffer)的 IO 方式,它可以使用 Native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲 Java 堆中的對象作為這塊內(nèi)存的引用，這樣能夠顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬?Java 堆和 Native 堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。
2.2 類加載器
1、什么是類加載機(jī)制?
JVM 運(yùn)行時，java 虛擬機(jī)會把描述類的數(shù)據(jù)從 Class 文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換、解析和初始化，最終形成可以被 jvm 可以直接使用的類型，這就是類加載機(jī)制。
2、說說類加載的過程?
開局一張圖：
這張圖說明了類從加載到虛擬機(jī)內(nèi)存開始，到卸載出內(nèi)存為止，它的整個生命周期。
一般來說，我們把 Java 的類加載過程分為三個主要步驟：加載、鏈接、初始化，具體行為在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范里有非常詳細(xì)的定義。
1、首先是加載階段
- 它是 Java 將字節(jié)碼(jar 包)數(shù)據(jù)從不同的數(shù)據(jù)源讀取到 JVM 中，并映射為 JVM 認(rèn)可的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Class 對象)，
- 重點(diǎn)：加載階段是用戶參與的階段，我們可以自定義類加載器，去實(shí)現(xiàn)自己的類加載過程。
- 通過字節(jié)流將類的.class 文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存。然后在堆中創(chuàng)建 java.lang.class 對象，用來封裝類在方法區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
- 只會創(chuàng)建一個 Class 對象，該 Class 對象來描述有哪些構(gòu)造方法，都有哪些成員變量
2、第二階段是鏈接，這是核心的步驟，簡單說是把原始的類定義信息平滑地轉(zhuǎn)化入 JVM 運(yùn)行的過程中。這里可進(jìn)一步細(xì)分為三個步驟：
① 驗(yàn)證
- 這是虛擬機(jī)安全的重要保障，JVM 需要核驗(yàn)字節(jié)信息是符合 Java 虛擬機(jī)規(guī)范的，否則就被認(rèn)為是 VerifyError，這樣就防止了惡意信息或者不合規(guī)的信息危害 JVM 的運(yùn)行，
- 驗(yàn)證階段有可能觸發(fā)更多 class 的加載。
② 準(zhǔn)備
- 創(chuàng)建類或接口中的靜態(tài)變量，并初始化靜態(tài)變量的初始值。
- 但這里的“初始化”和下面的顯式初始化階段是有區(qū)別的，
- 測重點(diǎn)在于分配需要的內(nèi)存空間，不會去執(zhí)行更進(jìn)一步的 JVM 指令
這里的初始化是指：
1、8 種基本數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)初始值是 0。
2、引用類型默認(rèn)的初始值是 null。
3、對于有 static final 修飾的常量會直接賦值，例如：static final int x=123;則 x 直接會初始化為 123。
③ 解析
- 在這一步會將常量池中的符號引用(symbolic reference)替換為直接引用。
- 符號引用就是唯一的字符串，直接引用可以理解為一個地址值和偏移量
3、最后是初始化階段
這一步真正去執(zhí)行類初始化的代碼邏輯，包括靜態(tài)字段動作，以及執(zhí)行類定定義中的靜態(tài)初始化塊內(nèi)的邏輯編譯器在編譯階段就會把這部分邏輯整理好，父類型的初始化邏輯優(yōu)先于當(dāng)前類型的邏輯。
初始化順序：
- 先是父類靜態(tài)域(靜態(tài)成員變量)或者靜態(tài)代碼庫塊
- 然后是子類靜態(tài)域或者子類靜態(tài)代碼塊
- 所以最先初始化的總是 java.lang.Object 類
三、什么時候會對類進(jìn)行初始化?
通過 new 關(guān)鍵字實(shí)例化對象、讀取或設(shè)置類的靜態(tài)變量、調(diào)用類的靜態(tài)方法
通過反射發(fā)生上面的三種行為
初始化子類時，會觸發(fā)父類的初始化
作為程序入口運(yùn)行，就是指的 main 方法
四、類加載器有哪些?
啟動類加載器：負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量下 jre/lib 下面的 jar 文件
擴(kuò)展類加載器：負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量下 jre/lib/ext 目錄下面的 jar 包
應(yīng)用類加載器：就是加載我們熟悉的 classpath 的內(nèi)容
自定義加載器：繼承 ClassLoader 就可以實(shí)現(xiàn)
五、了解雙親委派模型嗎?
這是一張很經(jīng)典的圖，通常情況下，各個類加載器的協(xié)作關(guān)系就是這樣的。
概念：就是說一個類加載器收到了類加載的請求，不會自己先加載，而是把它交給自己的父類去加載，層層迭代。
用上圖來說明就是如果應(yīng)用程序類加載器收到了一個類加載的請求，會先給擴(kuò)展類加載器，然后再給啟動類加載器，如果啟動類加載器無法完成這個類加載的請求，再返回給擴(kuò)展類加載器，如果擴(kuò)展類加載器也無法完成，最后才會到應(yīng)用類加載器。
好處：1、避免重復(fù)加載 Java 類型 2、沙箱安全機(jī)制：保證核心的類不會被篡改。
六、classLoader與class.forName區(qū)別
- class.forName()除了將類的.class 文件加載到 jvm 中之外，還會對類進(jìn)行解釋，執(zhí)行類中的 static 塊，當(dāng)然你可以指定是否執(zhí)行靜態(tài)塊。
- classLoader 只干一件事情，就是將.class 文件加載到 jvm 中，不會執(zhí)行 static 中的內(nèi)容,只有在 newInstance 才會去執(zhí)行 static 塊。
七、腦圖
最后送大家一張自己總結(jié)的腦圖呀
今天就寫到這里啦!!
給大家介紹了JVM、運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)、類加載機(jī)制。希望大家面試前能掌握和Jvm有關(guān)的知識。
