JVM類的運(yùn)行機(jī)制是什么

JVM類的運(yùn)行機(jī)制是什么？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問(wèn)題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

1.一段java程序是如何運(yùn)行起來(lái)的呢？

Java源文件，通過(guò)編譯器，產(chǎn)生.Class字節(jié)碼文件，字節(jié)碼文件通過(guò)Java虛擬機(jī)中的解釋器，編譯成特定及其上的機(jī)器碼，那Java虛擬機(jī)又是怎樣加載java程序并執(zhí)行起來(lái)的呢？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：通過(guò)類加載器加載字節(jié)碼文件，被分配到JVM的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)碼會(huì)被執(zhí)行引擎執(zhí)行。

（1）類加載器，加載.class文件

（2）運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)：棧區(qū)、堆區(qū)、PC寄存器、本地方法棧、方法區(qū)

（3）執(zhí)行引擎：執(zhí)行包在裝載類方法中的指令

2. 類加載器

類的加載是指將類的.class文件讀入內(nèi)存，將其放在方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，用來(lái)封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并向java程序員提供訪問(wèn)方法區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。類加載器并不需要等到某個(gè)類被首次主動(dòng)使用時(shí)再加載它，JVM允許類加載器在預(yù)料某個(gè)類將要被使用時(shí)就預(yù)先加載它。

類的生命周期

類加載過(guò)程包括：加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化

（1）加載：查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

a. 通過(guò)一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流

b. 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

c. 在Java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class，作為對(duì)方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口

（2）連接：

a. 驗(yàn)證：確保被加載類的正確性

b. 準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

c. 解析：把類中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用

（3）初始化：為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值

類加載器

啟動(dòng)類加載器：BootstrapClassLoader，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識(shí)別的類庫(kù)。

擴(kuò)展類加載器：ExtensionClassLoader，負(fù)責(zé)加載DK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫(kù)。

引用程序類加載器：ApplicationClassLoader，負(fù)責(zé)加載用戶路徑ClassPath所指定的類

JVM類加載機(jī)制

全盤負(fù)責(zé)：當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來(lái)載入

父類委托：先讓父類加載器駛?cè)爰虞d該類，只有在父類加載器無(wú)法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類

緩存機(jī)制：保證所有加載過(guò)的類都會(huì)被緩存，當(dāng)需要使用某個(gè)類時(shí)，先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在該類時(shí)，才會(huì)去加載此類。

雙親委派機(jī)制

意義：系統(tǒng)類防止內(nèi)存出出現(xiàn)多分同樣的字節(jié)碼；保證Java程序安全穩(wěn)定運(yùn)行

（1）當(dāng)AppClassLoader去加載一個(gè)class時(shí)，它首先不會(huì)自己去加載這個(gè)類，而是把類加載請(qǐng)求委派給父類加載器ExtClassLoader去完成。

（2）當(dāng)ExtClassLoader去加載一個(gè)class時(shí)，它首先也不會(huì)自己去加載這個(gè)類，而是把類加載請(qǐng)求委派給BootStrapClassLoader去完成。

（3）如果BootStrapClassLoader加載失敗，會(huì)使用ExtClassLoader來(lái)嘗試加載。

（4）如果ExtClassLoader加載失敗，會(huì)使用AppClassLoader來(lái)加載

（5）如果AppClassLoader也加載失敗，則會(huì)爆出異常ClassNotFoundException

3. 運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)

（1）虛擬機(jī)棧：每個(gè)線程有一個(gè)私有的棧，隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建。棧里面存著一種叫“棧幀”的東東，每個(gè)方法會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，棧幀中存放局部變量表（基本數(shù)據(jù)類型和對(duì)象飲用）、操作數(shù)棧、方法出口等信息，棧的大小可以固定也可以擴(kuò)展，當(dāng)棧調(diào)用深度大于JVM所允許的范圍，會(huì)拋出StackOverFlowError。

（2）本地方法棧：主要與虛擬機(jī)用到的native方法相關(guān)，java程序員不太關(guān)心。

（3）PC寄存器：也叫程序計(jì)數(shù)器。JVM支持多線程運(yùn)行，每個(gè)線程都有自己的程序計(jì)數(shù)器。若當(dāng)前執(zhí)行的是JVM的方法，則該寄存器中保存當(dāng)前執(zhí)行指令的地址，若執(zhí)行native方法，則為空。

（4）堆：堆內(nèi)存是JVM所有線程共享的部分，虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建。所有對(duì)象和數(shù)組都在堆上進(jìn)行分配。這部分空間可通過(guò)GC進(jìn)行回收，當(dāng)申請(qǐng)不到空間時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError。

（5）方法區(qū)：所有線程共享。主要用于存儲(chǔ)類的信息，常量池，方法數(shù)據(jù)，方法代碼等。

4. 執(zhí)行引擎

方法調(diào)用會(huì)導(dǎo)致棧幀的入棧，會(huì)確定調(diào)用哪一個(gè)方法。

（1）棧幀。程序的執(zhí)行對(duì)應(yīng)著棧幀的入棧和出棧，棧幀主要包括：局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)連接、方法返回地址等。

（2）方法調(diào)用。

解析調(diào)用：類加載的解析階段，會(huì)將其中一部分符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用，這種解析的前提是方法在程序真正運(yùn)行之前就有一個(gè)可確定的調(diào)用版本。編譯期可確定調(diào)用方法的版本：靜態(tài)方法、私有方法、實(shí)例構(gòu)造器、父類方法。
分派調(diào)用：

a. 靜態(tài)分派：發(fā)生在編譯階段。所有依賴于靜態(tài)類型來(lái)定位方法執(zhí)行版本的分派動(dòng)作成為靜態(tài)分派，典型方法是重載。javac編譯器根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定使用哪個(gè)重載版本。

b. 動(dòng)態(tài)分派：運(yùn)行期根據(jù)實(shí)際類型確定方法執(zhí)行版本。與方法重寫有密切關(guān)系。

c. 單分派和多分派：?jiǎn)畏峙墒歉鶕?jù)一個(gè)宗量對(duì)目標(biāo)方法進(jìn)行選擇，多分派是根據(jù)多于一個(gè)宗量對(duì)目標(biāo)方法進(jìn)行選擇。

（3）執(zhí)行引擎需將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成可以直接被JVM執(zhí)行的語(yǔ)言，可通過(guò)以下兩種方式轉(zhuǎn)換：

a. 解釋器：一條一條的讀取，解釋并且執(zhí)行字節(jié)碼指令

b. 即時(shí)編譯器：執(zhí)行引擎首先按照解釋執(zhí)行的方式來(lái)執(zhí)行，在合適的時(shí)候，即時(shí)編譯器把整段字節(jié)碼編譯成本地代碼。內(nèi)置了JIT編譯器的JVM都會(huì)檢查方法的執(zhí)行頻率，如果一個(gè)方法的執(zhí)行頻率超過(guò)一個(gè)特定的值的話，那么這個(gè)方法就會(huì)被編譯成本地代碼。

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