大家都知道，Java中JVM的重要性，學(xué)習(xí)了JVM你對Java的運行機制施敢、編譯過程和如何對Java程序進行調(diào)優(yōu)相信都會有一個很好的認(rèn)知。
廢話不多說，直接帶大家來初步認(rèn)識一下JVM僵娃。
- 什么是JVM概作？
JVM(Java Virtual Machine)是一個抽象的計算機，和實際的計算機一樣默怨，它具有指令集并使用不同的存儲區(qū)域讯榕，它負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，還要管理數(shù)據(jù)匙睹、內(nèi)存和寄存器愚屁。
看到這里，可能不懂JVM的人痕檬，已經(jīng)蒙圈了霎槐。沒關(guān)系，下面讓我詳細(xì)為大家介紹JVM的體系架構(gòu)圖谆棺，或許你會明白些栽燕。
簡單來說，JVM就是一個虛擬計算機改淑。我們都知道Java語言其中的一個特性就是跨平臺的碍岔，而JVM就是Java程序?qū)崿F(xiàn)跨平臺的關(guān)鍵部分。Java編譯器編譯Java程序時朵夏，生成的是與平臺無關(guān)的字節(jié)碼（也就是.class文件）蔼啦，所謂的平臺無關(guān)是指編譯生成的字節(jié)碼無論是在Window、Linux仰猖、Mac系統(tǒng)都是可執(zhí)行捏肢。也就是說Java編譯生成的.class文件不是面向平臺的，而是面向JVM的饥侵。不同平臺上的JVM都是不同的鸵赫，但是他們都是提供了相同的接口。圖一為Java的大致運行步驟：
引用一個《瘋狂Java講義》中提到例子來幫助大家理解JVM的作用：
JVM的作用就像有兩只不同的鉛筆躏升，但需要把同一個筆帽套在兩支不同的筆上辩棒，只有為這兩支筆分別提供一個轉(zhuǎn)換器，這個轉(zhuǎn)換器向上的接口相同膨疏，用于適應(yīng)同一個筆帽一睁；向下的接口不同，用于適應(yīng)兩支不同的筆佃却。在這個類比中者吁，可以近似地理解兩支不同的筆就是不同的操作系統(tǒng)，而同一個筆帽就是Java字節(jié)碼程序饲帅，轉(zhuǎn)換器角色則對應(yīng)JVM复凳。類似地瘤泪，也可以認(rèn)為JVM分為向上和向下兩個部分，所有平臺的JVM向上提供給Java字節(jié)碼程序的接口完全相同染坯，但向下適應(yīng)的不同平臺的接口則互不相同均芽。
- JVM體系結(jié)構(gòu)概覽
上面我們是初步介紹了JVM的作用，那么要深入去了解JVM我們就需要了解JVM的體系結(jié)構(gòu)，請看圖二：
圖二是JVM的體系架構(gòu)圖榛鼎，接下讓我們一起來聊一聊每一個部分都是什么意思步鉴。
1.類裝載器子系統(tǒng)（ClassLoader）
負(fù)責(zé)加載class文件，class文件在文件開頭有特定的文件標(biāo)示冰蘑，將class文件字節(jié)碼內(nèi)容加載到內(nèi)存中，并將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)換成方法區(qū)中的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載，至于它是否可以運行儒喊，則由Execution Engine決定币呵。
Java編譯生成的*.class文件就是通過ClassLoader進行加載的怀愧，那么這里就會有幾個問題：
- ClassLoader如何知道*.class文件就是需要加載的文件？
- 如果我手動將一個普通文件的擴展名稱改為class后綴余赢，ClassLoader會加載這個文件嗎芯义？
實際上，class文件在文件的開頭是有特定的文件標(biāo)識的妻柒，隨便編寫一個Java程序扛拨，編譯生成一個class文件，打開后你都能看到如下內(nèi)容：
cafe babe就是class文件的一個標(biāo)識举塔，ClassLoader負(fù)責(zé)加載有cafe babe的class文件绑警，它將class文件字節(jié)碼內(nèi)容加載到內(nèi)存中，并將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)換成方法區(qū)中的運行時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載央渣，至于它是否可以運行计盒，則由Execution Engine決定，請看圖三：
Car.class文件通過ClassLoader進行加載到內(nèi)存中芽丹，Car Class在內(nèi)存中就相當(dāng)一個模板北启，我們可以通過這個模板可以實例化成不同的實例car1、car2志衍、car3暖庄。
不知大家會不會有一個疑問，ClassLoader加載Car.class在Java中是用什么類型的加載器加載的呢楼肪？在解答這個問題前我們先寫個簡單的代碼看看：
//new一個Car對象
Car car = new Car();
//得到ClassLoader
ClassLoader classLoader = car.getClass().getClassLoader();
//打印結(jié)果
System.out.println(classLoader);
結(jié)果為：
我們再來看看另外一組代碼：
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; word-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;"> //new兩個不同的對象
Car car = new Car();
String string = new String(); //得到ClassLoader
ClassLoader classLoader1 = car.getClass().getClassLoader();
ClassLoader classLoader2 = string.getClass().getClassLoader(); //打印結(jié)果
System.out.println(classLoader1);
System.out.println(classLoader2);</pre>
結(jié)果為：
從上面我們可以知道培廓，ClassLoader的打印結(jié)果一個是“sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2”，一個則是“null”春叫，這是怎么回事呢肩钠，細(xì)心的朋友就可以發(fā)現(xiàn)這兩個不同的對象中泣港，其中car對象是我們自己寫的一個類，string對象是系統(tǒng)自帶的一個類价匠。簡單來說就是ClassLoader會根據(jù)不同的類選擇不同的類加載器去進行加載当纱。這里就牽扯到了ClassLoader的分類
ClassLoader的類別：
- 啟動類加載器(BootStrap)
- 擴展類加載器(Extension)
- 應(yīng)用程序類加載器(AppClassLoader)
- 用戶自定義加載器
一般我們自己所寫的類用的類加載器都是AppClassLoader，就是上圖所示的“sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2”踩窖，而為什么string這個對象是”null“呢坡氯？實際上，這個“null”指的就是使用BootStrap這個加載器洋腮。
那可能有人有疑問箫柳，自己定義的類用AppClassLoader，能理解啥供，因為car這個對象輸出的類加載器名字中有AppClassLoader這個字樣悯恍，但是為什么string這個對象是”null“，從哪里可用體現(xiàn)是用BootStrap這個加載器呢伙狐？是這樣的涮毫，BootStrap累加載器相當(dāng)于擴展類加載器、應(yīng)用程序類加載器的祖宗贷屎，若是用了BootStrap罢防，由于BootStrap上一級已經(jīng)沒有了，所以就用“null”來表示
其實我們可以找一下String這個類在JDK的位置：
$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar/java/lang
所有在這個路徑$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar這個jar包下的類都是用BootStrap來加載的豫尽。
下面請看圖4：
這張圖就可以很清晰得看到：
1.所有在$Java_Home/jre/lib/rt.jar是通過BootStrap加載的
2.所有在$Java_Home/jre/lib/ext/*.jar是通過Extension加載的
3.所有在$CLASSPATH是通過SYSTEM加載的（應(yīng)用程序類加載器也叫系統(tǒng)類加載器篙梢，加載當(dāng)前應(yīng)用的classpath的所有類）
接下來我們再來看一個例子：
如果創(chuàng)建一個java.lang包，然后創(chuàng)建String類美旧，打印一句話執(zhí)行會怎么樣呢渤滞？
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; word-wrap: break-word; font-family: "Courier New" !important; font-size: 12px !important;">package java.lang; public class String { public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World");
}
}</pre>
效果如下：
可以看到程序報錯了，說是找不到main方法榴嗅，可是明明就有main方法為什么沒有執(zhí)行呢妄呕？這里就涉及了雙親委派機制
雙親委派機制：
當(dāng)一個類收到了類加載請求，他首先不會嘗試自己去加載這個類嗽测，而是把這個請求委派給父類去完成绪励，每一個層次類加載器都是如此，因此所有的加載請求都應(yīng)該傳送到啟動類加載器中唠粥，只有當(dāng)父類加載器反饋自己無法完成這個請求的時候（在它的加載路徑下沒有找到所需加載的Class）疏魏，子類加載器才會嘗試自己去加載。
所以它實際的運行過程是這樣的：
- ClassLoader收到String類的加載請求晤愧。
- 先去Bootstrap查找是否有這個類大莫，沒有則反饋無法完成這個請求，但是恰好官份，在rt.jar中找到了java.lang.Stirng這個類
- 執(zhí)行這個類只厘，這個類是沒有定義main方法的
- 報錯烙丛，類中沒有定義main方法
所以上面的例子，他會找到j(luò)dk中java.lang.String這個類羔味，這個類確實是沒有定義main方法河咽，簡單來說它執(zhí)行的類是JDK中java.lang.String這個類，而不是我們自己定義的類赋元。
那用雙親委派機制有什么好處呢：
采用雙親委派的一個好處是比如加載位于 rt.jar 包中的類 java.lang.Object忘蟹，不管是哪個加載器加載這個類，最終都是委托給頂層的啟動類加載器進行加載们陆，這樣就保證了使用不同的類加載器最終得到的都是同樣一個 Object對象寒瓦。
2.執(zhí)行引擎(Execution Engine)
執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)解釋命令，提交給操作系統(tǒng)執(zhí)行坪仇，這里對執(zhí)行引擎就不做過多的解釋了，只要知道他是負(fù)責(zé)解釋命令的即可垃你。
3.本地方法接口(Native Interface)和本地方法棧(Native Method Stack)
- 本地接口:本地接口的作用是融合不同的編程語言為 Java 所用椅文，它的初衷是融合 C/C++程序，Java 誕生的時候是 C/C++橫行的時候惜颇，要想立足皆刺，必須有調(diào)用 C/C++程序，于是就在內(nèi)存中專門開辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)記為native的代碼凌摄，它的具體做法是 Native Method Stack中登記 native方法羡蛾，在Execution Engine 執(zhí)行時加載native libraies。
目前該方法使用的越來越少了锨亏，除非是與硬件有關(guān)的應(yīng)用痴怨，比如通過Java程序驅(qū)動打印機或者Java系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級應(yīng)用中已經(jīng)比較少見器予。因為現(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達浪藻，比如可以使用 Socket通信，也可以使用Web Service等等乾翔，不多做介紹爱葵。
如果在程序中有見到native關(guān)鍵字，就代表不是Java能完成的事情了反浓，需要加載本地方法庫才能完成
- 本地方法棧：它的具體做法是Native Method Stack中登記native方法萌丈，在Execution Engine 執(zhí)行時加載本地方法庫。說白了就是本地方法由本地方法棧來登記雷则，Java中的方法由Java棧來登記辆雾。
4.PC寄存器(Program Counter Register)
每個線程都有一個程序計數(shù)器，是線程私有的,就是一個指針巧婶，指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼（用來存儲指向下一條指令的地址,也即將要執(zhí)行的指令代碼）乾颁，由執(zhí)行引擎讀取下一條指令涂乌，是一個非常小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不記英岭。
這塊內(nèi)存區(qū)域很小湾盒，它是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，字節(jié)碼解釋器通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令诅妹。
如果執(zhí)行的是一個Native方法罚勾，那這個計數(shù)器是空的。
PC寄存器用來完成分支吭狡、循環(huán)尖殃、跳轉(zhuǎn)、異常處理划煮、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能送丰。由于使用的內(nèi)存較小，所以不會發(fā)生內(nèi)存溢出(OutOfMemory)錯誤弛秋。
那么這篇文章先講到這里器躏，下篇文章中我們再繼續(xù)來聊一聊方法區(qū)、棧和堆..........
