Java虚拟机简述

原文： http://gogole.iteye.com/blog/673311

 

作为一个Java程序员，每天都与JVM在打交道，那么JVM到底是什么？它的内部原理有哪些神秘之处？ 今天我利用这篇文章来解释解释， 也当作自己的《深入Java虚拟机》的读书笔记。 希望各位看官多多指教.

 

       下面的内容，我会以一问一答的形式来整理，总结，带着问题去学习，我认为是效率最高的学习方法。

 

一、为什么叫虚拟机？

     之所以叫虚拟机，是因为它仅仅是一个规范定义的抽象计算机.所以，要运行某个Java程序，首先需要一个符合该规范的具体实现，所以也就有了现在的Sun 虚拟机和IBM 虚拟机等不同虚拟机的出现 .

    所以，当我们说道Java虚拟机的时候，就意味着下面3个不同的事物： 

•    抽象规范
• 一个具体实现
• 一个运行中的虚拟机实例

二、JVM的生命周期是怎样的？

     一个运行时的java虚拟机的天职是负责运行一个Java程序。 也就是说， 当启动一个Java程序时，一个虚拟机的实例就诞生了，当该程序关闭时，虚拟机的实例也就退出了。

     如果在同时运三个Java程序，将得到3个虚拟机的实例. Java虚拟机通过调用某个初始类的main()方法来运行一个Java程序，而main()方法有签名限制，也就是我们常见到的 public、static、void并且接受一个字符串数组为参数.

     Java程序初始化类的main()方法，将作为程序的初始线程起点，任何其他的线程都是由这个初始线程启动的。

 

    PS:关于JVM中线程的那些事（这里简单罗列一下，后续会有文章专门来介绍JVM线程机制.）

         JVM内部分两种线程： 守护线程与非守护线程.  

                  守护线程通常为JVM自己创建，当然，你也可以自己将某个线程设置为守护线程。 通常这样的线程应用于

            JVM内部作业，比如说： 垃圾回收的线程。

                   而像初始线程---开始main()方法的那个线程既叫非守护线程。 只要有任何非守护线程还在运行，那么这个

            Java程序还将继续运行着，当所有非守护线程都运行结束了，虚拟机实例将自动退出。 当然，你也可以在程序中

            显示的调用Runtime或者System类的exit()方法来退出.

 

三、JVM的体系结构是怎么样的？

     在JAVA虚拟机的规范中，一个JVM的实例应该按照以下：

• 子系统
• 内存区
• 数据结构
• 指令

这么几个术语来描述.(这里仅仅列出概念，后续会详细解释)

 这里利用一个图来说明：(来源于网络，版权信息不详，如有侵权，请告知)

 

 

  如上图中所示： 每一个JVM实例，都会有的以下2个东西：

•        类装载器子系统 ----- 负责根据给定的全限名来装入类型（类或者接口）
•       执行引擎 --------------负责执行哪些包含在被装载类的方法中的指令

类装载系统的作用？

    有过一定经验的Java程序员一般都知道这个系统的作用，这里我还是稍微总结一下，以让经验稍微欠缺的朋友了解一下，它在JVM中的主要作用是  负责查找并加载类型。

   JVM中分两种类装载器：

• 启动类装载器
• 自定义类装载器

   前者是JVM的一部分，而后者则是Java程序的一部分，这意味着，启动类加载器一般我们无法修改与指定，而自定义类装载器我们可以通过程序来指定。

    启动类加载器：

        每个JVM实现都必须有一个启动类加载器，它知道如何加载受信任的类，比如Java api的class文件，至于如何去寻找这些class，由不同的JVM实现者而不同，就像是不同的JDBC驱动一样，根据厂商的不同而不同的。

    自定义类加载器：

        自定义类加载器需要继承Java核心的java.lang.ClassLoader类， 跟所有的对象一样，自定义类加载器与Class类的实例都保存在JVM的堆中。

    而对于类装载器的装载顺序，如下：

1.  装载，查找并装载类型的二进制数据
2. 连接，执行验证（确保导入类型正确），准备（为类分配内存初始化为默认值）以及解析（把类型中的符号引用转成直接引用）
3. 初始化，把类变量初始化为正确的初始值

 那上图中

运行时数据区是做什么用的？？

     当JVM运行一个程序，它需要存储很多东西到内存中，比如 字节码、从装载的class文件中得到其他信息、程序创建的对象、传递给方法的参数、返回值、局部变量以及运行的中间结果等。 这些东西都被JVM组织到 运行时数据区 中，以便于管理。

 

方法区与堆的作用？

    另外需要注意的是： 每个JVM实例都有一个 方法区与一个堆， 他们被JVM实例的所有线程共享。 比如说： 当一个JVM装载一个class文件的时候，它会从class文件包含的二进制数据中解析出类型信息，并将它们放到方法区中，当程序运行时，虚拟机会把所有程序在运行时创建的对象都放到堆中。

 

方法区的具体细节是怎么样的？

     它存储着被装载类型的信息。它被所有的线程共享着，因此它们对方法区的访问必须被设计成线程安全的。 比如：两个线程加载一个类，而这个类还没有被装入JVM中，此时应该有一个线程去装载它，另外一个线程在等待。

     它会保存着装载类的如下信息：

1. 类型的基本信息（类名，接口还是类、访问修饰符、实现的接口、父类名）    
2. 该类型的常量池
3. 字段信息（字段名、字段类型、修饰符）
4. 方法信息（方法名、方法返回类型、参数数量与类型、修饰符）
5. 静态变量
6. 指向ClassLoader的引用（JVM需要知道，这个类型是谁加载的）
7. 指向Class类的引用（以便获取类型的Class对象）

堆的具体细节是怎么样的？

   它保存这运行时创建的对象或者数组  ，而一个JVM只有一个堆空间看，所有线程都共享着这个空间。

   在JVM中，有一条在堆中分配新对象的指令，但是却没有释放内存的指令（其通过垃圾回收来实现）.而垃圾回收器的具体实现也是由JVM的具体实现者来决定的。

 

JVM中的数据类型有哪些？

      JVM中，数据类型分两种：

• 基本数据类型
• 引用数据类型

 Java语言中，所有基本数据类型也都是JVM的基本数据类型，但是boolean有点特别,为什么？  因为当编译器将Java类编译成字节码后，它会用int或者byte表示Boolean 。

 另外，JVM中 ，false是由整数0来表示的，true为所有非零的整数表示。

 JVM中的数值类型分为两种   一种是 整数类型（byte,short,int,long,char） 

                                      另外一种是：浮点数类型(float,double)

在JVM内部，还有一个特殊的数据类型，Java程序员不允许使用，它被用来实现finally子句，

        它就是   returnAddress类型

 

 JVM中的引用数据类型有三种： 类类型、接口类型和数组类型。

        它们的值都是对动态创建的对象的引用。 值得注意的是 在JVM中，数组是一个真正的对象。

 

 

  

Java栈的作用？

    每一个新创建的线程，它都将获取它自己的PC寄存器（也叫程序计数器）和一个Java栈。 如果线程在执行一个Java方法时候，它的PC寄存器总是指向下一条需要执行的指令， 而它的Java栈则保存线程中Java方法的调用状态，比如: 它的局部变量、传入方法的参数、返回值、以及运算的中间结果等。

 

Java栈的结构：

    我们知道，Java栈用来保存线程调用一个非本地方法的java方法的状态， 那如果一个线程调用多个Java方法呢？ 那每个Java方法的状态如何保存。

    在Java栈的内部，它是由许多的 栈帧 或者叫 帧组成的。 一个帧包含一个Java方法调用的状态，当线程调用一个Java方法时候，JVM压入一个新的Java栈帧进入Java栈； 当方法返回时，这个栈帧被从Java栈中弹出并抛弃。