以下內容都是我自己對本書讀后的一個理解加叁，感覺總結一下理解的更深刻哥力，如果能幫助到別人就更好了蔗怠，可能會有些內容說的不正確，如果發(fā)現(xiàn)了吩跋，希望幫忙留言指正寞射，謝謝。

背景

計算機的種類很多锌钮，硬件也都不太一樣桥温。比如Windows，Android梁丘，iOS等侵浸，而具體到某一個平臺，也分32位氛谜，64位等掏觉。想要編寫一個適用于眾多平臺的軟件比較困難，要考慮到各個平臺的兼容性值漫。Java虛擬機就提供了這么一個平臺澳腹，讓開發(fā)者只關心程序的功能開發(fā)，兼容的工作就交給虛擬機即可。Java虛擬機做到了一次編譯酱塔，到處運行沥邻。

在JVM上跑一個程序的大概過程

基于JVM的語言除了Java還有Groovy，JRuby羊娃，Scala唐全，F(xiàn)antom，Jython等蕊玷。JVM支持的只有一種文件格式：.class文件邮利。基于JVM的語言集畅，不管語法是什么樣的近弟，脫去漂亮的衣服，最終都要編譯成.class文件格式挺智，才能在JVM虛擬機上運行祷愉。

.class文件結構

image.png

.class文件結構是固定這樣的，ux就代表x個字節(jié)的內容赦颇，.class文件結構中只有兩種數(shù)據(jù)內容：無符號數(shù)和表二鳄，表可以認為是一個數(shù)據(jù)結構，表中還是無符號數(shù)和表媒怯。

• magic订讼，代表該文件是個class文件
• mijor_version，major_version扇苞，版本號
• constant_pool_count欺殿，常量池中常量個數(shù)

• cp_info，常量池鳖敷，常量池中的常量個數(shù)是constant_pool_count-1個脖苏，0號常量被空了出來。
  常量池中類型：字面量和符號引用定踱。字面量是基礎類型棍潘，字符串，整型崖媚，浮點型這些亦歉。符號引用就是各字段（類的全局變量），方法的名稱及描述符畅哑，類和接口的全限定名肴楷，是以引用其他常量的方式存在，最終都會引用到字面量常量上去荠呐。
  常量池項目類型：

  
  
  image.png
  
  

  常量池常量項的結構列表：

  
  
  image.png
  
  舉個例子：
  //TestClass.java

package com.ejushang.TestClass;
 public class TestClass implements Super{
     private static final int staticVar = 0;
     private int instanceVar=0;
     public int instanceMethod(int param){
         return param+1;
     }
 }
 interface Super{ }

該Java文件編譯為class文件后：

class.png

我在"'深入理解Java虛擬機'2018-04-16"這個筆記中阶祭，手動將每一項內容都進行了分析绷杜，這里就直接用Javap -verbose TestClass輸出常量表

cmd.png

• access_flags，訪問標志圾结，表示是類還是接口瑰剃，public，abstract等等

  
  
  image.png
• this_class筝野，super_class晌姚，interfaces_count，interfaces歇竟，這幾項確定了類的繼承關系

• fields_count挥唠，fields，字段表焕议，包含屬性表

  
  
  field.png

• methods_count宝磨，methods，方法表盅安，包含有屬性表

  
  
  method.png

• attributes_count唤锉，attributes，屬性表

  
  
  attribute1.png
  
  
  attribute2.png
  
  
  attribute3.png
  
  

  Code屬性：

  
  
  code.png
  
  Java程序方法體中的代碼經(jīng)過編譯别瞭，轉換成了字節(jié)碼指令存儲在Code屬性中窿祥。Code屬性中max_stack代表操作數(shù)棧深度，max_locals代表方法中局部變量所占Slot之和蝙寨，Slot是虛擬機為局部變量分配內存使用的最小單位晒衩。
  code存儲的就是code_length個字節(jié)碼指令，字節(jié)碼指令表示你使用代碼要做的操作墙歪，比如new听系，+等等，字節(jié)碼指令可以跟隨參數(shù)箱亿，如果需要參數(shù)跛锌，字節(jié)碼后面跟隨的應該就是它的參數(shù)。

類加載

類從被加載到虛擬機內存中開始届惋，到卸載出內存為止髓帽，生命周期包括：加載，驗證脑豹，準備郑藏，解析，初始化瘩欺，使用和卸載必盖。

loa.png

什么情況下類被加載拌牲？由虛擬機來自由把握。

• 加載歌粥，通過類的全限定名獲取到對應的clas文件塌忽，然后將類信息加載到JVM方法區(qū)，再堆中實例化一個Class對象失驶，作為方法區(qū)中該類的入口
• 驗證土居，確認類型符合Java語言的語義，并且不會危及JVM的完整性
• 準備嬉探，為類變量(Static變量)分配內存擦耀，設置初值(通過內存清零實現(xiàn)，此階段不執(zhí)行Java代碼)涩堤，final修飾的常量初始值就是Java代碼中的初始值
• 解析眷蜓，在類的常量池中尋找類，接口胎围，方法和字段的符號引用吁系，將符號引用替換為直接引用
• 初始化，為類變量賦予Java代碼中的初始值的過程痊远。初始化階段是執(zhí)行類構造器<clinit>()方法的過程垮抗，該方法是由編輯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊中的語句合并產(chǎn)生的。收集順序由源文件中出現(xiàn)順序決定碧聪。在子類的<clinit>()方法執(zhí)行前父類的<clinit>()方法已經(jīng)執(zhí)行完畢冒版。因此虛擬機中第一個被執(zhí)行<clinit>()方法的類肯定是java.lang.Object。
  有且只有五種情況必須立即對類初始化

1. 遇到new逞姿，getstatic辞嗡，putstatic，invokestatic這4條字節(jié)碼指令時
2. 對一個類反射調用時
3. 初始化一個類滞造，如果父類還沒初始化续室，則先初始化父類
4. 用戶指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類）
5. 使用JDK1.7的動態(tài)語言支持時，如果java.lang.MethodHandler實例最后的解析結果REF_getStatic谒养，REF_putStatic挺狰，REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個方法句柄所對應的類沒有進行過初始化买窟，需要先初始化

虛擬機字節(jié)碼執(zhí)行引擎

運行時棧幀結構丰泊，先了解下棧幀結構，為以后的運行代碼過程做鋪墊
虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內存模型始绍。每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀瞳购，用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧亏推，動態(tài)鏈接学赛，方法出口等信息年堆。

stack_frame.png

• 局部變量表，用于存儲方法參數(shù)和方法內部的局部變量
• 操作數(shù)棧盏浇，方法執(zhí)行過程中变丧，會有各種字節(jié)碼指令往操作數(shù)棧中寫入和提取內容，也就是出/入棧操作绢掰。我的理解锄贷，就是在內存中順序將指令寫在內存空間上，這個被寫指令的內存空間被叫做操作數(shù)棧曼月，這條指令寫完了，還有用就留著柔昼，繼續(xù)在下一個地址寫下一條指令哑芹，寫完如果不用了就清空，直到寫完最后一條指令捕透。不知道怎么畫個易懂的圖出來聪姿，如果有會畫出入棧這種圖的朋友，不吝賜教啊乙嘀。
• 動態(tài)鏈接末购，每個棧幀都包含一個指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用，應該就是方法區(qū)中類信息方法的地址吧虎谢。
• 方法返回地址盟榴，遇到方法返回的字節(jié)碼指令時，退出當前方法婴噩，把當前棧幀出棧擎场。棧幀中保存有PC計數(shù)器值，根據(jù)該值几莽，恢復上層方法迅办，把返回值（如果有）壓入調用者棧幀的操作數(shù)棧中。調整PC計數(shù)器指向方法調用的后一條指令章蚣。

對象的創(chuàng)建站欺，內存布局和訪問

• 對象的創(chuàng)建
  當虛擬機遇到一個new指令時，首先去檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的引用符號纤垂，并且檢查這個引用符號代表的類是否已經(jīng)被加載矾策，解析，初始化洒忧。如果沒有蝴韭，就先加載該類。接下來為新生對象分配內存熙侍。
• 對象的內存布局
  對象在內存中的布局分為三塊區(qū)域榄鉴，對象頭履磨，實例數(shù)據(jù)，對齊補充庆尘。
  對象頭剃诅，分為兩部分，第一部分用來存儲自身的運行時數(shù)據(jù)驶忌，如哈希碼矛辕，GC分代年齡，鎖狀態(tài)標志付魔，線程持有的鎖聊品，偏向線程ID，偏向時間戳等几苍。第二部分是類型指針翻屈，指向他的類元數(shù)據(jù)的指針。通過這個指針確定對象是哪個類的實例妻坝。
  實例數(shù)據(jù)伸眶，存儲的是字段內容，包括從父類繼承的和自己的刽宪。
  對齊填充厘贼，對象大小必須是8的整數(shù)倍，沒有對齊的圣拄，通過對齊填充補全嘴秸。

目前問題

• 垃圾回收機制
  判斷對象是否已死
  引用計數(shù)法，對象中添加一個引用計數(shù)售担，每當有一個地方引用它趋惨，引用計數(shù)就加1仅胞。當引用失效時短条，就減1恭朗。計數(shù)器為0的對象就是不可能再被使用的。但是主流Java虛擬機沒有選用該方法來管理內存的哥攘。循環(huán)引用一個對象的話剖煌，該對象不會被回收。
  可達性分析算法逝淹，當一個引用和GC Roots沒有引用鏈相連耕姊，則證明此對象可回收。GC Roots包括栅葡，虛擬機棧中引用茉兰，方法區(qū)靜態(tài)屬性引用，方法區(qū)常量引用欣簇，本地方法棧引用规脸。
  引用
  存儲著另一塊內存的起始地址坯约。分為強引用，軟引用莫鸭，弱引用闹丐，虛引用。
  兩次標記
  對象在可達性分析后被因，發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連卿拴，它將會被第一次標記并進行篩選，當對象沒有覆蓋finalize()方法梨与，或者finalize已經(jīng)被虛擬機調用過堕花，則會被回收。如果finalize中將引用與GC Roots關聯(lián)了粥鞋，則不會被回收航徙。
  垃圾收集算法
  標記-清除算法，最基礎的算法陷虎，效率不高，容易產(chǎn)生大量不連續(xù)的內存碎片
  復制算法杠袱，將可用內存容量分為大小相等的兩塊尚猿，每次只用一塊，當一塊用完了楣富，就將還存活著的對象復制到另一塊上凿掂，然后將已使用的一次清理掉。現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機都采用這種算法纹蝴，但并未按照1：1劃分內存空間庄萎，而是劃分為一塊較大的Eden和兩塊較小的Survivor，每次使用一塊Eden和其中一塊Survivor塘安。當回收時糠涛，將Eden和Survivor中還存活著的對象一次性復制到另一塊Survivor上，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor兼犯。Eden和Survivor的比例是8：1忍捡。
  標記整理算法，分代收集算法

• 類加載雙親委派模型

  
  
  loader.png
• 內存溢出
  在Java虛擬機規(guī)范中切黔，虛擬機棧有兩種異常情況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的棧深度砸脊，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機可以動態(tài)擴展纬霞，如果擴展到無法申請到足夠的內存凌埂，就會拋出OutOfMemoryError異常。
  如果堆中沒有內存完成實例分配诗芜，并且堆也無法再擴展時瞳抓，將會拋出OutOfMemoryError異常埃疫。
  根據(jù)虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當方法區(qū)無法滿足內存分配需求時挨下，將拋出OutOfMemoryError異常熔恢。

Java程序從編譯到運行完成的過程

public class A{
    int value;
    public String getValue(){
        return value;
    }
}

public class Example{
    public static void main(String args[]){
        A a = new A();
        a.getValue();
    }
}

1.Java代碼編譯為class文件，class中包含常量池臭笆，字段表叙淌，方法表，屬性表等愁铺；
2.加載（虛擬機自己定義加載時機）鹰霍，將class文件加載到方法區(qū)，在堆中實例化一個Class對象茵乱，做為方法區(qū)中該類的入口茂洒；
驗證；準備瓶竭，為類變量分配內存督勺，設置初值0；
解析斤贰，將常量池中符號引用替換為直接引用智哀；
初始化，給類變量賦真正的初始值荧恍；
3.開始執(zhí)行main方法瓷叫，根據(jù)Example的全限定名在方法區(qū)中找到Example，找到name是main的方法送巡，創(chuàng)建main方法棧幀摹菠，將參數(shù)args，對象引用a存儲到main棧幀的局部變量表中骗爆，然后將new指令入棧（操作數(shù)棧）次氨，將參數(shù)A入棧，在堆中保存a對象實例摘投。接下來方法調用指令入棧糟需，參數(shù)入棧，參數(shù)中有a和getValue谷朝，可以根據(jù)這些內容找到方法區(qū)中A類getValue方法的地址洲押，然后運行該方法，創(chuàng)建getValue方法棧幀圆凰，將return指令入棧（getValue的操作數(shù)棧）杈帐，參數(shù)value入棧，該方法執(zhí)行結束，value出棧挑童，return指令出棧累铅。根據(jù)程序計數(shù)器，跳回剛才的main棧幀的操作數(shù)棧中的位置站叼。退出指令入棧娃兽，退出指令出棧，其他內容逐一出棧尽楔。OK投储，程序結束。