什么是JVM

jvm它是一個(gè)虛構(gòu)出來的機(jī)器，但是它卻又是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種功能來實(shí)現(xiàn)的。jvm包含了一套字節(jié)碼的指令集，有一組寄存器，一個(gè)棧，一個(gè)垃圾回收堆，一個(gè)存儲方法域。JVM使得Java程序只需要生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行代碼，就可以在多種平臺不加什么修改地運(yùn)行。JVM在執(zhí)行字節(jié)碼的時(shí)候，最終還是把字節(jié)碼解釋成機(jī)器指令執(zhí)行。

JDK、JRE、JVM有什么關(guān)系

「JDK：」 也就是開發(fā)者用來編譯，調(diào)試程序用的開發(fā)包，JDK也需要JAVA程序，需要在JRE上運(yùn)行。

「JRE：」 Java平臺，所有的Java程序都要在JRE的環(huán)境才可以運(yùn)行。

「JVM：」 它是JRE的一部分，是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算器，是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)來模擬計(jì)算機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的。

JVM執(zhí)行程序的過程

一個(gè)Java文件從編碼開始到執(zhí)行需要經(jīng)過幾個(gè)階段：

1、編譯階段：首先.java文件經(jīng)過了Javac進(jìn)行編譯成了.class文件。

2、加載階段：緊接著.class文件經(jīng)過了類加載器加載到JVM的內(nèi)存當(dāng)中。

3、解釋階段：class字節(jié)碼經(jīng)過了字節(jié)碼解釋器解析成系統(tǒng)可以識別到的指令碼

4、執(zhí)行階段：向硬件設(shè)備發(fā)送指令碼來進(jìn)行操作。

「再細(xì)講一下每一個(gè)階段」

編譯階段

****類的編譯階段主要的目的就是把源碼文件編譯成為可以讓JVM解析的class文件，這個(gè)階段會經(jīng)過的詞法分析、語法的語義分析。

class文件包含了哪些內(nèi)容呢?

「Magic Number：」 這個(gè)是在.class文件頭的四個(gè)字節(jié)，作用的話就是定義識別的標(biāo)準(zhǔn)，只有符合了標(biāo)準(zhǔn)才可以被JVM解讀。

「版本號：」 編譯class文件的JDK版本號，這些版本是可以向下兼容的

「常量池：」 常量池里的信息主要有字面量、基本類型常量、和符號引用(類和接口全限定名，方法名和描述符等等)。

「訪問標(biāo)志：」 該類是不是接口、注釋、枚舉、模塊。

「類索引：」 類的索引、父類的索引、接口的索引集合，用于來確定類的繼承實(shí)現(xiàn)關(guān)系。

「字段表集合：」 這個(gè)是用于描述接口或者是類里聲明變量的信息，如(public/private/protected)。

「方法表集合：」 方法表集合跟字段表集合類似，也就是用來保存方法的相關(guān)信息，包括了方法的名稱

「屬性表集合：」 這里包括了類、方法、實(shí)例變量的指令碼。

加載階段

加載這個(gè)階段就是主要把.class文件加載到JVM內(nèi)存里，這個(gè)階段有裝載、連接、初始化這三個(gè)流程

「裝載：」 裝載階段呢就是把class里的信息讀取到內(nèi)存當(dāng)中去，首先是通過了類的全限名讀取到此類的二進(jìn)制流，緊接著把字節(jié)流里描述靜態(tài)結(jié)構(gòu)的信息轉(zhuǎn)化成為方法區(qū)里的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在加載階段的最后會在Java堆生成一個(gè)可以代表這個(gè)類的java.lang.class對象，作為了這個(gè)對象的訪問入口。

「連接：」 這個(gè)連接階段會進(jìn)行對class的信息來進(jìn)行驗(yàn)證，然后為類變量來分配內(nèi)存空間，并且賦予默認(rèn)值。首先是對class的內(nèi)容來驗(yàn)證字節(jié)是否符合了JVM的規(guī)范，然后為靜態(tài)的變量來分配內(nèi)存空間，最后進(jìn)行解析，把符號引用轉(zhuǎn)換成為直接引用，因?yàn)檫@里的類信息已經(jīng)在內(nèi)存當(dāng)中了，所以會把引用對象換成了對象在內(nèi)存里的實(shí)際地址。

「初始化：」 初始化階段主要是來執(zhí)行了初始化靜態(tài)塊的內(nèi)容，并且為靜態(tài)變量進(jìn)行真正的賦值。

解釋階段

解釋這個(gè)階段是在代碼執(zhí)行的期間觸發(fā)的，當(dāng)開始執(zhí)行一個(gè)類的方法的時(shí)候，首先是通過這個(gè)類的對象來作為入口，來找到相對應(yīng)的字節(jié)碼信息，然后再通過解釋器把字節(jié)碼解釋成指令碼。在最開始的執(zhí)行過程圖里有兩個(gè)解析器，解釋器有字節(jié)解釋器與即使編譯器JIT，一般的情況是運(yùn)行代碼的時(shí)候會使用的默認(rèn)字節(jié)碼解釋器來解析指令，只有是當(dāng)某一個(gè)方法是熱點(diǎn)方法，即使編譯器就會把熱點(diǎn)方法的指令碼進(jìn)行保存，等下次執(zhí)行的時(shí)候就不用重復(fù)的解析了，得以優(yōu)化。

執(zhí)行階段

操作系統(tǒng)把解釋器出來的指令碼，通過調(diào)用系統(tǒng)的硬件執(zhí)行最終的程序指令。

Java內(nèi)存間的交互操作

在Java的主內(nèi)存與工作內(nèi)存之間是如何來進(jìn)行具體的交互協(xié)議的呢?就是一個(gè)變量是怎么從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存的呢這一類細(xì)節(jié)，在Java內(nèi)存模型中有八種操作，每一種操作都是原子的，不可再分的。

1、「lock(鎖定)：」 鎖定這種操作作用于主內(nèi)存的變量，它會把一個(gè)變量標(biāo)記成為一條線程獨(dú)占的狀態(tài)

2、「unlock(解鎖)：」 作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)處于鎖定的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定。

3、「read(讀取)：」 作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存當(dāng)中，以便隨后的load使用。

4、「load(載入)：」 作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入到工作內(nèi)存的變量副本當(dāng)中。

5、「use(使用)：」 作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存當(dāng)中的一個(gè)變量值傳遞給了執(zhí)行引擎

6、「assign(賦值)：」 作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)執(zhí)行引擎接受到的值賦給工作內(nèi)存的變量

7、「store(存儲)：」 作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存當(dāng)中的一個(gè)變量值傳送到主內(nèi)存當(dāng)中，以便隨后的write操作。

8、「write(寫入)：」 作用于主內(nèi)存的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存的變量當(dāng)中。

上面的八種內(nèi)存交互操作必須滿足的規(guī)則

「第一、」 不允許read和load、store和write操作之一單獨(dú)出現(xiàn)，即不允許一個(gè)變量從主內(nèi)存讀取了，但是工作內(nèi)存不接受，或者是從工作內(nèi)存發(fā)起了回寫了，但是主內(nèi)存不接受的情況出現(xiàn)。

「第二、」 不允許一個(gè)線程丟棄它的最近的assign操作，即變量在工作內(nèi)存當(dāng)中改變了之后就必須把該變化同步回主內(nèi)存。

「第三、」 不允許一個(gè)線程無原因地(沒有發(fā)生任何assign操作)把數(shù)據(jù)從線程的工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存。

「第四、」 一個(gè)新的變量只能夠在主內(nèi)存“誕生”，不允許在工作內(nèi)存中直接使用一個(gè)未被初始化(load或assign)變量，換一句話來說就是對一個(gè)變量實(shí)施use、store操作之前，必須先執(zhí)行過了assign和load操作。

「第五、」 一個(gè)變量再次同一個(gè)時(shí)刻只允許一條線程對其進(jìn)行l(wèi)ock操作，但是lock操作可以被同一條線程重復(fù)執(zhí)行多次，多次執(zhí)行l(wèi)ock后，只有執(zhí)行相同次數(shù)的unlock操作，變量才回被解鎖。

「第六、」 如果對一個(gè)變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，那將會清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個(gè)變量前，需要重新執(zhí)行l(wèi)oad或是assign操作初始化變量的值。

「第七、」 如果一個(gè)變量事先沒有被lock操作鎖定，那就不允許對它執(zhí)行unlock操作，也不允許去unlock一個(gè)被其他線程鎖定住的變量。

「第八、」 對一個(gè)變量執(zhí)行unlock操作之前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中(執(zhí)行store、write操作)。

Volatile變量的特殊規(guī)則

當(dāng)變量被定義成volatile之后，保證此變量對所有線程的可見性，這里所說的可見性是指當(dāng)一條線程修改了這個(gè) 變量的值，新值的話對于其他的線程來說是可以馬上得知的，普通的變量不可以做到這一點(diǎn)，因?yàn)槠胀ㄗ兞康闹翟诰€程里的傳遞時(shí)均需要通過主內(nèi)存來完成。

Java內(nèi)存模型里對volatile變量定義的特殊規(guī)則有：

(1)線程對變量的load、read的操作需要連續(xù)的并且一起出現(xiàn)的，要求是在工作內(nèi)存當(dāng)中，每次使用變量的時(shí)候都必須要先從主內(nèi)存刷新最新的值，這也保證能看見其他線程對變量所做的修改。

(2)線程對變量store、write操作需要連續(xù)的并且是一起出現(xiàn)的，要求是在工作內(nèi)存當(dāng)中，每一次修改變量后都必須立刻的同步回主內(nèi)存當(dāng)中，用于保證其他線程可以看到自己對變量V所做的更改。