JVM---体系结构（一）

体系结构概览

注意：

• java源文件通过javac编译成java字节码文件.class
• .class文件打开，他的开头是cafe babe，所以虚拟机才能识别
• 通过类加载器ClassLoader加载.class文件，将class文件放入内存中各个区域
• 程序计数器、JAVA栈、本地方法栈是线程独有的，不受GC管理。栈中是没有垃圾的因为栈用完自动释放。
• 堆里面垃圾最多、方法区中有少量垃圾。受GC管理
• 所谓的JVM调优，就是针对堆和方法区。
• 方法区里面并不是方法，而是类的模版。
• java8 方法区又称为非堆区，在内存结构中称为“元数据”。
• 灰色部分，是线程私有的，占用内存非常少，几乎不存在GC垃圾回收。

类加载器

问：什么是类加载器？

• 类加载器是用来加载类（class文件）的
• 类加载器也是一个类：ClassLoader
• 类加载器可以被加载到内存，也是通过类加载器完成的

问：类加载器有哪几种？

• 系统自带的有三种：
• 启动类（根）加载器（BootStrap） C++写的，java程序获取不到
• 扩展类加载器（Extension） Java写的
• 应用程序类加载器（AppClassLoader）Java也叫系统类加载器，加载当前应用的classpath的所有类。
• 用户自定义加载器：
• Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式。

问：什么叫双亲委派机制？

• 浅显理解：我爸是李刚，有事儿找我爹，要用到某个类，先去根加载器中找，找的到就用，如果找不到，再去扩展类加载器中找，还是没有，就去应用程序类加载器中找。
• 步骤：

1. 类加载器收到类加载的请求
2. 将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，知道启动类加载器
3. 启动加载器检查是否能加载当前这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，否则，抛出异常，通知子类进行加载。（ClassNotFound）
4. 重复步骤3

问：沙箱安全机制是什么？

• java安全的核心就是沙箱，沙箱就是限程序运行的环境，只能在jvm限定范围内运行，并且严格控制代码对本地系统资源的访问。
• 沙箱安全机制是由基于双亲委派机制上 采取的一种JVM的自我保护机制,假设你要写一个java.lang.String 的类,由于双亲委派机制的原理,此请求会先交给Bootstrap试图进行加载,但是Bootstrap在加载类时首先通过包和类名查找rt.jar中有没有该类,有则优先加载rt.jar包中的类,因此就保证了java的运行机制不会被破坏.

问：为什么有沙箱安全机制？

• 防止恶性代码污染源代码

本地方法栈

注意：

• 进程线程这种概念是系统级的，不是语言级的。
• 看源码后，只要方法前加上了native，说明这是一个跟java无关的要调底层操作系统或者是第三方C语言函数库的方法，java搞不定，需要别的系统和语言提供方法来介入，需要求助于外援。
• 本地方法栈（Native Method Stack）：装native方法专用的栈，这是一个特殊的栈—（Native栈）
• JNI（java native interface）：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用。

问： 为什么源码中会有native方法的声明，却没有实现呢（实现交给了底层的第三方函数库来实现）？

• 因为Java诞生初期，1995年10月，那个时候最盛行的语言是C语言，相当于老大，每个语言需要向他交保护费（Java要留出一个接口向C语言妥协），所以有了native。

PC寄存器

程序计数器（Program Counter Register）

• 简单理解：就是一个指针，一个方法运行完了，指向下一个方法。
• 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中方法字节码（用来存储指向一条指令的地址，也就是即将要执行的指令代码）,在执行引擎读取下一条指令的时候，是一个非常小的空间，几乎可以忽略不计，
• PC寄存器：里面存的就是下一个将要执行的的方法的指针。

方法区

• 方法区就是被所有的线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在这个区域，此区域属于共享空间。
• 静态变量，常量，类信息（构造方法，接口定义），运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关。
• static ，final，Class，常量池。
• 方法区存储了每一个类的结构信息，就是模板的意思。
• 就是一套规范，在不同的虚拟机里头实现是不一样的，最典型的就是永久代（PermGen space）和元空间（Metaspace）

栈

• 栈也叫栈内存，主管java程序的运行，是在线程创建的时候创建，他的生命周期也就是线程的生命周期，线程结束，栈内存释放，对于栈来说，不存在垃圾回收问题，线程一结束，栈就释放了，
• 栈中存储的有：

1. 本地变量：八种基本类型变量+对象的引用变量。
2. 栈操作：记录出栈，入栈的操作。
3. 栈帧数据：包含类文件，方法等。。。

栈帧结构：

• 方法索引
• 输入输出参数
• 本地变量
• Class File引用
• 父帧
• 子帧

注意：

• java方法进入虚拟机之后，就成为了栈帧
• Main方法是一切程序的入口，它永远被压在栈底。
• 递归调用：不断地往栈中压自身的方法，由于栈内存有限，会导致栈溢出，出现StackOverflowError，它是Error错误，不是异常。

堆

注意：

• java 7之前堆内存：新生代，老年代，永久区
• java 8以后堆内存：新生代，老年代，元空间
• 一个堆空间物理上分为新生代，老年代两部分，逻辑上分为新生代，老年代，元空间三部分。

栈+堆+方法区的交互关系

• HotSpot是使用指针的方式来访问对象，java堆中会存放类元数据的地址，reference存储的就直接是对象的地址。