十二、JVM浅析

本来打算学习类加载的，但是类加载时发生了什么，加载后的class是什么形式存在？

所以打算先简单了解下jvm。

java语言

java是解释型语言还是编译型语言？

虽说java代码运行前需要编译，但编译后的结果是.class文件，里面是字节码，字节码需要在jvm中运行。而jvm依附于操作系统运行。编译型语言编译后得到的是机器码，将机器码写入内存，当前操作系统就可以直接调这些机器码运行。

所以java是解释型语言，由于字节码在虚拟机运行，所以会导致效率低。但是java在经过这么久的更新迭代，已经有了很多优化方案了。例如jit（运行时编译），aot（运行前编译）。

jvm意思是java的虚拟机，这个虚拟机的实现有很多种，最流行的就是HotSpot虚拟机，用了JIT及自适应优化技术。sun公司在jdk8后，默认的jvm就是HotSpot vm。

在运行java代码时可以指定以下参数，指定字节码的运行方式：

-XX:RewriteFrequentPairs 用于开启动态编译。
-Xint:禁用JIT编译，即禁用两个编译器，纯解释执行。
-Xcomp:纯编译执行，如果方法无法编译，则回退到解释执行模式解释无法编译的代码。

还想到一种优化方案：

如果将jvm做成物理机，那java就算编译型语言了（但是成本特别高，相同成本的虚拟机效率要远远高于物理机）。

JVM介绍

JVM组成

首先，JVM是指java虚拟机，而java虚拟机有很多种，最流行的就是HotSpot，JVM和HotSpot的区别就像 水果 与 苹果、香蕉、菠萝、哈密瓜 的区别

JVM有很多种，但它们都遵从JVM规范，以下学习的就是JVM规范的虚拟机结构，适用于所以JVM

JVM 整体组成可分为以下四个部分：

类加载器（ClassLoader）# 用于加载字节码

运行时数据区（Runtime Data Area）# 储存运行时产生的数据

执行引擎（Execution Engine）# 解析字节码，调用当前系统api去实现字节码的功能

本地库接口（Native Interface）# 调用其它语言的方法

而运行时数据区又可以分为以下几个部分：

程序计数器（Program Counter Register）# 标志着当前字节码执行到第几行（像汇编中的ip寄存器）

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）# 记录java方法调用顺序的栈

本地方法栈（Native Method Stack）# 记录native方法调用顺序的栈（JVM规范没对这里做要求，所以有的虚拟机直接将这部分合并到了Java虚拟机栈）

Java堆（Java Heap）# java虚拟机占用内存最大的一块，用来储存对象实例

方法区（Methed Area）# 用来储存被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据（常量池也在这里）

它们关系如图

图中提到了，运行时数据区在所有线程间共享、运行时数据区线程私有。
运行时数据区在所有线程间共享意思就是，无论创建多少线程，这些线程都储存到这个区。
运行时数据区线程私有就是，每创建一个线程，对应的这部分数据区也要创建，每一个线程都要有一个自己的数据区。
对应上图，绿色是线程们共用的，黄色的每个人都有一份自己的。

堆

堆和栈是无论什么语言都会用到的数据结构。java中的堆用于储存对象实例，栈用于储存局部变量和方法调用（就是前几篇，用idea调试的时候，看见的方法调用栈）。
当空间不足时会报错：

栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。
堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。

Java堆分为新生代和老年代，新生代可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间（这些空间了解下就行，分代用的）
如图

图中的GC 过程，是指垃圾回收过程，回收那些没人要的对象。GC过程有三种，Minor GC、Major GC 和 Full GC，分别对应年轻、老年、全部区域进行垃圾回收。这个过程还会对对象分代，例如xx对象存活时间久，那就扔进老年代区域。

为什么要分代？

上面图中提到了，GC过程耗时较长，要先扫描，再确定哪些回收，如果不分代，则每次GC都要扫描整个堆内存，所以很耗时。例如有个对象存在于堆内存中很久了，每次扫描都扫描到它，但它每次扫描都存活，那GC是不是应该“聪明点”，下次尽量不扫描它。

那怎么做？

划分一块内存区域，把这些钉子户，都放进这块内存，GC扫描内存时，不扫描这里，如果其它内存实在不能释放了，再扫描这块内存。

其实这就是分代，通过分代划分内存区域，不同代使用不同的回收机制，例如面上的回收机制就可以粗略的总结为年轻代进行GC频率高，老年代GC频率低，这样既保证了即时GC，又在GC过程中不需要扫描整个堆内存，提高了GC效率。

JVM如何加载类

java的类加载，有个大名鼎鼎的双亲委派机制。加载类需要用到类加载器，java语言支持下面4种类加载器：

Bootstrap ClassLoader 启动类加载器，主要负责加载Java核心类库，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。

Extention ClassLoader 标准扩展类加载器，主要负责加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。

Application ClassLoader 应用类加载器，主要负责加载当前应用的classpath下的所有类

User ClassLoader 用户自定义类加载器，用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

双亲委派机制就是下面这张图

这些ClassLoader加载class时，都会将加载类的请求向上委托，如果父加载器都不能加载，再自己加载，因为每个加载器各司其职，只会加载自己负责的区域的类。
在加载器加载类时，都会检查这个类是否加载过，避免重复加载，检查范围是当前加载器加载过的类。

所以在java中，类的唯一性不仅由类名，包名决定，还有它的类加载器，即，判断两个类是否相等，先判断包名，再判断类名，再判断类加载器。
所以可能会出现两个类名包名相同的类，但他们类加载器不同，则这两个类类型也不同，不能互相做转换，赋值等操作。
例：同一个java类由不同的classloader加载问题

类被加载后，会存到方法区，方法区内的数据，在进程结束前都不会被删掉，所以方法区也被叫做永久区。

加载类不等于初始化类，加载类只是将字节码存储到方法区，，只有触发类初始化条件（我将这些条件总结为当使用到类时）时才会初始化。初始化时会从上到下执行静态代码。

代码细节在下一篇类加载的利用中详细分析。

怎么看见JVM

JVM是java虚拟机，很像一个简陋的操作系统，它有自己的指令集（class文件就包含jvm指令）、自己的命令、环境变量等等。
平时运行java文件，运行jar包，jvm都是在背后偷偷运行的，让我们看起来，java和c语言一样，都是编译后直接运行。

JVM在运行java程序时创建，每个java程序创建，都会创建相应的JVM。

在配置好java环境变量后，打开cmd，执行jvisualvm就可以看见当前所有的java进程，查看进程运行状态，还可以安装btrace插件，在进程中植入代码。

运行jConsole就可以看到下面如图，不仅可以查看本地进程信息，还可以看远程java进程信息，和jVisualvm类似。

通过这些工具，可以实时监控java程序运行状态，甚至修改java进程。JVM还有自己的命令，如jps，jstat等等，可以通过这些命令，可以来查看，修改jvm信息，达到JVM调优的目的。