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JVM的组成部分(类加载器、运行时数据区、执行引擎、本地库接口)

news 来源：原创 2024/5/20 14:52:38

JVM作用

JVM构成

1.类加载器

类加载子系统：

类加载器的分类：

双亲委派机制：

2.运行时数据区

程序计数器

虚拟机栈

本地方法栈

堆

方法区

3.执行引擎

4.本地库接口

JVM作用

jvm是将字节码文件加载到虚拟机中，再将字节码文件编译/解释成机器码。

管理运行时的数据存储和垃圾回收，现在的jvm还可以执行其他语言的字节码。

JVM构成

1.类加载器

将硬盘上的字节码文件加载到jvm上

类加载子系统：

类加载过程：

✔️加载

以二进制的形式加载字节码；

在内存中为类生成一个class对象，将静态存储转为动态存储。

✔️链接

1.验证：

验证class文件的格式是否正确，class文件在文件开头有特定的文件标识(字节码文件都以CA FE BA BE 标识开头)。
元数据验证：验证语法是否正确。

2.准备

为类的静态属性分配内存，并设置默认初始值，例如：

public static int a = 10; 准备阶段后的值是0，而不是10，初始化阶段才为10；

注意：final修饰的static变量在编译时进行初始化。

3.解析

将静态文件中的指令符号引用替换成内存直接引用

✔️初始化

为类变量（静态变量）赋予正确的值

类加载器的分类：

类加载器：真正实现类加载的具体实现者

✔️JVM角度（宏观）

引导类加载器（启动类加载器）：不是用java语言实现的，c/c++ JVM底层实现
其他所有类加载器：用java语言写的实现类，都继承java.lang.ClassLoader

✔️开发者角度（微观）

引导类加载器：

java中系统提供的类，都是由启动类加载器加载，例如String

扩展类加载器：

java语言编写的，由sun.misc.LauncherAppClassLoader实现，

派生于ClassLoader类

jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库

应用程序类加载器：

java语言编写的，由sun.misc.LauncherAppClassLoader实现。

派生于ClassLoader类

加载我们自己定义的类，用于加载用户类路径（classpath）上所有的类

自定义类加载器：

例如我们自己写一个集成ClassLoader

再例如Tomcat这种容器，都会有自己加载类的加载器

双亲委派机制：

当加载一个类的时候，先让上一级的类加载去加载，直到找到引用类加载器；

如果上级类加载器找到了，就是要上级类加载器加载我的类，

如果找不到，就逐级向下委托，使用子级类加载器加载我的类，

如果都找不到就报异常。

public class ClassLoaderDemo {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {//类加载器为null，说明是引导类加载器加载的System.out.println(String.class.getClassLoader());//我们的类是由sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2，应用程序类加载的System.out.println(ClassLoaderDemo.class.getClassLoader());//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586 应用程序类是由扩展类加载的System.out.println(ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent());//扩展类加载器是由引导类加载器加载的System.out.println(ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent().getParent());}
}

输出结果：

双亲委派机制测试：当创建一个自己的String类，调用其中的类变量，由于双亲委派机制，java核心类库会创建String对象，而不会使用我们自己创建的String的类，因此报错。

双亲委派机制的优点：

安全，避免改变java核心类。

如何打破双亲委派机制？

在 ClassLoader 类中涉及类加载的方法有两个,loadClass(String name), findClass(String name),这两个方法并没有被 final 修饰,也就表示其他子类可以，重写 findClass 方法。

我们可以通过自定义类加载重写方法打破双亲委派机制, 再例如 tomcat 等都有自己定义的类加载器。

2.运行时数据区

运行时数据区组成：

程序计数器

作用：用来存储下一条指令的地址，由执行引擎读取下一条指令。

特点：

是一个很小的内存空间，但是运行速度最快的存储区域；

是线程私有（每个线程都会有自己的计数器）；
生命周期与线程一致；
不会出现内存溢出（唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域），不会有垃圾回收。

虚拟机栈

栈是运行单位，管理方法（java自己写的方法）运行；

调用方法入栈，运行出栈；

栈是线程私有的，存在内存溢出可能，不存在垃圾回收；

一个线程就是一个栈；

一个方法入栈后，可以看做是一个栈帧。

访问速度仅次于程序计数器。

栈帧：

局部变量表：存储方法中定义的变量

操作数栈：表达式计算

方法返回地址：与返回值无关

本地方法栈

作用：管理本地方法的调用

本地方法是线程私有的，不会有垃圾回收，是用c语言写的，用native关键字修饰；

如果线程请求分配的栈容量超过本地方法栈允许的最大容量抛出StackOverflowError（内存溢出）。

常见的本地方法：

Object中：

hashCode() 内存地址

getClass()

clone()

notiy(),唤醒，wait(),otiyAll()

FileInputStrem中：

native int read()

Thread

native void start0()

堆

存放程序中产生的对象

JVM管理的最大一块内存空间

大小可以调节

线程共享

会出现内存溢出，会进行垃圾回收

堆空间有区域划分，为什么要进行划分？

新生代：

伊甸园区:刚刚创建的对象存放在伊甸园区

幸存者0:伊甸园剩余的对象和幸存者1中的对象

幸存者1：幸存者1中的对象

老年代：

存放生命周期长的/非常大的对象

经历过15次回收后依然存活的对象，将放在老年代

为什么要分区：

可以根据不同对象的存活时间进行划分

生命较长的对象放在老年区，减少垃圾回收的频率和扫描次数

对象创建以及在内存分布过程：

1.新创建的对象放在伊甸园区

2.当垃圾回收时，将伊甸园存活的对象移入到幸存者0区

3.继续运行，再次创建的对象还是保存到伊甸园区

4.下一次垃圾回收到来时，将伊甸园区存活的对象和幸存者0区移入到幸存者1区，幸存者0区和幸存者1区保证有一个为空。

5.当一个对象经历过15次垃圾回收后仍然存活,那么就将此对象移入到老年代，在对象头中4个bit位用来记录回收次数，可以设置回收次数,但是最大值是15。

老年代：新生代比例=2：1

伊甸园和两个幸存者比例=8：1：1

堆空间的参数设置：官网：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

-XX:+PrintFlagsInitial 查看所有参数的默认初始值

-Xms:初始堆空间内存

-Xmx:最大堆空间内存

-Xmn:设置新生代的大小

-XX:MaxTenuringTreshold:设置新生代垃圾的最大年龄

-XX:+PrintGCDetails 输出详细的 GC 处理日志

垃圾回收名词：