[转]整理关于JVM方面的知识点

转自：http://furturestrategist.iteye.com/blog/1415852

 

 

 

本周开发任务基本完成，整理下关于JVM方面的知识点

照顾下新来JE的同学，先发个链接到两位大牛的主页 
              http://rednaxelafx.iteye.com/ 
              http://icyfenix.iteye.com/ 

 

      目录

•     1）概述
     
•     2）编译
     
•     3）Class文件结构
　　  
•     4）通过ClassLoader加载Class
     
•     5）类执行机制
     
•     6）运行时数据区
     
•     7）垃圾回收相关
      
•     8）多线程
     
•     9）故障检测工具及命令
     
•     10）其他
 

       1) 概述

            1.1) 引用一张官网的图阐明JDK、JRE、JVM、JIT的关系(如下图所示)，我们可以看见JDK>JRE>JVM>JIT，JIT分为client模式和server模式两种，代码如果执行频率过高就会被JIT编译器转换成二进制执行，JVM是JAVA跨平台的依赖，JVM在不同平台中开辟一块属于自己的内存，独立运行自己的任务，JRE除了包含JVM以外，还包括SUN开发出来的接口与实现方便程序猿们利用JAVA语言开发，除了需要了解开放的部分Code以外，我们通常需要熟悉核心的API来满足我们开发的需求，JDK除了包含JRE还包括一些自带的命令，如将JAVA代码转换成class文件的javac命令、执行class文件的java命令、将注解变成API的javadoc命令、反编译javap、将java文件转换成jar包的jar命令，以及一些故障检测工具和命令等等.....     

 

 
                   1.2)  虚拟机的规范与实现，JAVA语言提供了虚拟机的规范，各大厂商提供了JVM的实现，目前我们使用最多的是原Sun的Hotspot虚拟机，提供JDK7的最新JVM规范http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/jvms7.pdf

                   1.3) JVM的标准结构，宏观认识下JVM的组成架构，如图

                     1.4) 一些疑问...

                           1.4.1 ) JAVA API已经封装的很好了，而且对象也不需要我们手动回收，为什么需要了解JVM方面知识？

                           个人看法:了解、熟悉JVM可以帮助我们在编码过程中注意内存分配、提高代码执行性能、保证并发量很高的时线程安全、合理的解决复杂的需求、调优、搭建应用服务器架构、服务器宕机、内存溢出时候可以快速让我们定位到问题并解决。

                                        1.4.2 ) 如何看待并学习JVM？

                            个人看法:和学习其他知识相同，掌握如何使用基础上要了解其原理，如果把JDK的API看成提供给用户的使用手册，那么JVM相关规范就是开发人员的文档，JVM方面知识有些杂、并且比较深，国内在R和F的带动下已经有很多同学意识到这方面的重要性，个人建议学习这方面知识点可以理论与实际相结合，循序渐进，当然我自己也是个才入门的新手 (*^__^*)  

        2)  编译

             JDK的编译实现是用JAVAC来实现的，如下图所示，编译过程是编译器如何优化是编译器和JAVAC考虑的问题，因此文档和学习资料也比较少。

 

           3)  Class文件结构

                 3.1)  Class文件结构包含什么？

                        1)  Class文件格式版本号

                        2)  类/继承癿超类/ 实现癿接口癿声明信息

                        3)  域和方法声明的信息

                        4)  常量池

                        5)  字节码

                        6)  异常处理表

                        7)  操作数栈与局部变量区的大小

                        8)  StackMapTable

                        9)  .....

                       3.2)  虚拟机规范支持的数据类型。如下图所示

 

 

                     3.3)  Class文件指令，如下图所示

 

对应的JAVA代码为

 

 

 

 

 

 

 

 test方法中对应指令解释

  0:iconst_0                //定义常量0，放入操作数栈 

  1:istore_1                //弹出栈顶放入局部变量区

  2:iload_1                 //将变量存入i中

  3:bipush 100           //将100放入操作数栈

  5:if_icmpge              //i与100比较

  8:getstatic               //获取静态方法

  11:i_load1               //加载变量i

  12:invokevirtual      //调用PrintStream对象的print方法输出i

  15:iinc  1,1              //将变量i自加

  18:goto 2               //跳转到第二行

   return                    //返回

 

                     3.4) 虚拟机字节码调用方法相关指令集

                   invokevirtual       调用普通方法

                   invokestatic        调用静态方法

                   invokespecial     调用构造方法

                   invokeinterface   调用接口的方法

                        invokedynamic（JDK7） 动态字节码指令 http://icyfenix.iteye.com/blog/1392441

       

    4） 通过ClassLoader加载Class

              4.1) ClassLoader的层次关系

 

启动： jdk/lib目录 Xbootclasspath指定jar包  系统： classpath所指目录与jar包 Djava.class.path所指目录与jar包    自定义：运行期ClassLoader子类动态加载class文件     扩展：jdk/lib/ext目录Djava.ext.dirs指定jar包

                  4.2) Class的链接

                           4.2.1) 校验Class，可能会抛出的异常

                                  1) 当不符合JVM的Class规范的时候会抛出来VeriftError异常

                                  2) 当引用类不存在的时候会出现NoClassDefFoundError异常

                                  3) 变量不存在的时候会出现NoSuchFiledError异常

                                  4) 方法不存在会出现NoSuchMethod异常

                    4.2.2) 在连接过程中会初始化静态变量

             4.3) Class的初始化时间

                    1) JVM指定初始化内容

                    2) new出来的对象

                    3) 反射

                    4)子类初始化

                    5) 调用对象的静态变量或者静态方法

                    6) .....

             4.4) 初始化内容

                     1) 静态代码块

                     2) 构造方法

                     3) 类变量

        5) 类执行的机制

           5.1) JVM有两种执行方式，分别为解释执行和编译执行，解释执行直接执行字节码文件，编译执行先将字节码转成机器码，然后再执行，编译执行的效率要比解释执行的高，通常当代码被编译的“热度”到一定程度后会变成编译执行。如下图所示

 

                5.2) 编译执行依赖于JIT编译器，JAVA为我们提供了Client模式和Server模式，Client模式做了少量的优化（方法内联、去虚拟化、冗余消除），Server的模式做了大量的优化（逃逸分析、标量替换、栈上分配、同步消除）

       6） 运行时数据区

           6.1）JAVA运行期内存如图所示