学不会的JVM

本文只是萌新初步了解JVM，本来打算写给自己看的，由于知识有限，写得不好甚至有错，欢迎指正

1. 程序的运行流程

我们coding完后点击IDE的运行，程序就跑起来了，怎么回事？

首先我们写的源文件叫.java文件，然后点击IDE的运行在硬盘会生成.class字节码文件，接着Java虚拟机从硬盘加载.class字节码文件，再者内部操作和解析成电脑能识别的机器码，最后CPU执行

我们要重点关注的下面框框的部分，也就是JVM了

2. JVM

别那么着急，首先得看看JVM的体系结构：

类加载器（ClassLoader）用来加载.class文件
运行时数据区（方法区、堆、Java栈、本地方法栈、程序计数器），这么复杂先不要管他
执行引擎，来执行.class字节码文件或执行本地方法

这时上面框框的内容就可以稍微详细一点了

注意这时的图并不是完整且准确的，为了简便而改名或省略了，最后面会放出完整图的

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那么，我们从上往下开始认识这些结构

2.1 类加载器

负责加载.class字节码文件到 Java 虚拟机中

什么时候开始加载呢？

当然是动态加载的！即需要用到时才加载，这样节省了很多内存空间，防止内存溢出

用什么来加载.class文件呢？

那就是类的加载器了，类加载器默认有三种，还有一个自定义类加载器这里不讨论：

Bootstrap ClassLoader，负责加载rt.jar里的所有类，rt.jar就是运行时的核心jar包
Extension ClassLoader，负责加载java平台中扩展功能的jar包
App ClassLoader，负责加载classpath中的jar包及目录中class，即自己编写的.class文件和开发jar包

这里就有一个看起来高大尚的名词双亲委派，不用觉得很难，所谓的双亲委派指的是：

类加载器收到类加载请求后，首先把请求委派给父加载器，父加载器再向上委派，如此类推
如果顶级父类找不到这个要加载的类，则给子类加载器去加载，还是如此类推

为什么要双亲委派不麻烦吗？

为了安全性

防止内存中出现多份同样的字节码
还有防止覆盖重要类，比如我绕开编译器，在记事本写了一个Object类，加载时首先双亲就加载根类Object了，我写的Object就不会被加载

还有某个类被加载后就会把类的实例放到内存中，下次直接用内存中实例，不用再次加载了

类的加载过程

加载过程分类三步：

加载，加载.class文件到JVM，并创建对应类的实例
链接，又分三步:
- 验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证
- 准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值
- 解析，将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用
  - 符号引用，用符号表示引用的目标，比如java.lang.System.out.println()代表了该类，还没有被加载
  - 直接引用，直接指向目标的指针，已经加载了
初始化，为类的静态变量赋予给定的初始值，原本的初始值是0或null

2.2 运行时数据区

类加载完后就开始给新生对象分配内存了，先来look look 虚拟机的内存结构把

浅绿色为线程共享

浅橙色为线程私有

其中：

方法区，存储类的元数据信息，常量，静态变量
堆，存放对象实例（太多会内存溢出）
Java栈，执行方法会被压入一个栈帧（包含了局部变量，方法出口等，递归太多栈空间越大）
本地方法栈，执行本地方法的
程序计数器，当前线程所执行的字节码的行号指示器

简述一下内存分配

准备了两个类

public class BeanTest {

    private int id;
    private String name;
    
    //各种Getters/Setters
}

public class JVMTest {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        BeanTest beanTest = new BeanTest();
        beanTest.setName("Howl");
        System.out.println(beanTest.getName());
        
    }
}

JVMTest首先被加载到JVM的方法区，存储类的元数据信息，比如类名，类的方法等
找到JVMTest方法入口（main），为main创建栈帧压入栈，执行函数
执行第一条语句，BeanTest beanTest = new BeanTest();，方法区没有这个类的元数据，动态加载
加载后为BeanTest实例在堆中分配内存，然后调用构造函数初始化该实例（该实例持有指向方法区对应类的元数据，后面有用）
执行第二条语句，beanTest.setName("Howl");，该实例根据指向去方法区找到对应类的元数据（方法表），获取对应函数的字节码地址
为该函数创建栈帧，执行函数，执行完退栈，如此类推

2.3 执行引擎

当然是根据调配的指令顺序，依次执行程序指令拉

这里面有个技术需要讲一下下，JIT即时编辑器

JVM加载了.class文件后逐条读取并解析成机器码给CPU执行，我们当然不满足于此，有没有方法提高效率呢？

答案是有的，用 JIT即时编辑器

思路是这样的：

对于热点代码（经常使用的代码，多次调用的方法，循环体），我们重新编译，优化给CPU执行，这部分优化的代码会提高效率
因为重新编译也需要内耗，所以我们只对热点代码重编，对于其他代码就直接解析器解析给CPU执行了

我们Sun公司使用的虚拟机是HotSpot，它采用计数器的方式（方法调用计数器，回边计数器）来判断是否为热点代码，当超过一定的数值时判断为热点代码

3. 整合图

是时候放出稍微标准的图了，顺带提一下没有讲到的内容

3.1 垃圾回收（GC）

程序在运行过程中，虚拟机会自动帮我们清理程序中不再需要的垃圾，减轻内存负担。

堆是垃圾回收的主战场，里面存放了大量实例

不像C语言，申请空间后需要free()来释放空间，但也不要因为有垃圾回收就不理会内存了

怎么判断是否为垃圾呢？

引用计数法（被引用时数量+1，引用失效-1，一直为0即为垃圾，但不能解决循环引用）
可达性分析算法（暂时不会，有时间回来填坑）

判断完就到回收垃圾了（回来填坑把）

标记-清除算法
复制算法
标记-整理算法
分代收集算法

over over over

3.2 JVM参数与调优

配置元空间的初始值和最大值，设置堆空间的初始值和最大值。

-XX:MetaspaceSize=128M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -Xms256m -Xmx256m

具体大小设置还得看环境，以及不敢自作聪明，回来填坑

参考

工具