1.前言（基于JDK1.7）　　

最近想把一些java基礎(chǔ)的東西整理一下，但是又不知道從哪里開始！想了好久，還是從最基本的jvm開始吧！這一節(jié)就簡單過一遍基礎(chǔ)知識，后面慢慢深入。。。

水平有限，我自己也是很難把jvm將清楚的，我參考一本書《深入java虛擬機第二版》（版本比較老，其實很多大佬的博客都是參考的這本書的內(nèi)容。。。），電子檔pdf文件鏈接：https://pan.baidu.com/s/1bxs4i0gnVpz7Lkjl2fxS9g 提取碼：n5ou ，有興趣的小伙伴可以自己下載自己好好看看；

所謂jvm，又名java虛擬機。我們平常寫java程序的時候幾乎是感覺不到j(luò)vm的存在的，我們只需要根據(jù)java規(guī)范去編寫類，然后就可以運行程序了，當(dāng)然只有我們程序出現(xiàn)bug了，我們才有可能在控制臺上看到一些jvm報錯的信息，比如內(nèi)存溢出異常等。

java之所以能夠跨平臺，就是因為jvm屏蔽了各個操作系統(tǒng)之間的差異，舉個形象的例子，我們手機要充電吧，但是充電的方式有很多種，你可以直接數(shù)據(jù)線插到插座充電，也可以用數(shù)據(jù)線插到電腦USB口充電，一個是電腦一個是插座，為什么都能給手機充電呢？原因就是有數(shù)據(jù)線屏蔽了插座和電腦的差異，對于手機來說，它是看不到數(shù)據(jù)線另外一頭連接的是什么設(shè)備，只知道有電通過數(shù)據(jù)線向自己傳過來就ok了，順便一提，這也是所謂的適配器的原理！

開始之前首先要明確一點，每一個java程序運行就會創(chuàng)建一個jvm實例！比如我同時在eclipse中同時運行三個程序，那么就會創(chuàng)建三個jvm實例，三個程序運行于自己的jvm中，互不干擾，當(dāng)程序運行完畢，那么jvm也會銷毀。

2.簡單看看類加載過程

大家知道一個類加載到j(luò)vm大概是經(jīng)過了幾個步驟的吧！編譯成字節(jié)碼文件，加載，鏈接（驗證，準(zhǔn)備，解析），初始化....，我就簡單的用下面這個圖一起看看；

在這里，我們重點看看字節(jié)碼文件到j(luò)vm這一段，為什么字節(jié)碼文件能夠被加載到j(luò)vm中呢？類加載器又是什么呢？加載的具體過程又是什么呢？鏈接，初始化又具體的是在做些什么事呢？Class對象又是什么鬼？jvm中的具體結(jié)構(gòu)又是什么樣子的，各有什么用處？假如執(zhí)行一個類中的方法，在jvm中到底是什么流程呢？等等很多問題

這些問題有的是了解一點，有的是真不知道，反正就是迷迷糊糊的一個類就加載成功了，然后我們就能成功調(diào)用那些方法了，平常用起來很舒服，但是細細想來難道不覺得奇怪嗎？

反正我最初看到j(luò)vm的時候，最想吐槽的一句話就是：瑪?shù)拢瑸槭裁窗?？我感覺我已經(jīng)要化身成十萬個為什么了，咳咳，不說廢話了，開始往后學(xué)吧！

下面我大概說一下這些步驟到底是做了什么事，有個大概的流程，然后我們慢慢的深入探究每一個步驟到底是干了什么事！

2.1 編譯器編譯

這個沒什么好說的，由于java是靜態(tài)語言，在執(zhí)行java程序之前會先把我們寫的java文件給轉(zhuǎn)化成特殊的二進制碼的形式，編譯器就是做這個轉(zhuǎn)化的工作的工具，而且在我們寫代碼的時候，還沒運行程序之前，就會報錯，在某處代碼下面會有紅線標(biāo)識，做這個工作的就是編譯器，還有最重要的源文件中泛型，是會在編譯器編譯這個階段就會進行擦除，所以字節(jié)碼文件中是沒有任何泛型信息的；

順便提一下動態(tài)語言，比如Python，我們寫一個python程序運行，是不需要進行編譯的，會讀取第一行源文件中代碼就運行這一行的代碼，然后讀取第二行代碼，運行第二行代碼...

2.2 類加載器的分類和加載順序

什么是類加載器呢？我有一個很生動很形象的例子：假如字節(jié)碼文件是一個人，而jvm就是地府，你說人死了會怎么進入地府呢？自己肯定找不到地府的位置，于是要讓黑白無常請你過去了，類加載器在這里就是黑白無常！

大概了解類加載器的用處之后，我們就隨意看看類加載器的種類和運行原理；

順便提一下，我們還記得最開始配置的jdk環(huán)境變量吧！我的JAVA_HOME=D:\java\jdk1.7；

話說大家知道jar包到底是什么嗎？其實就是一種壓縮文件的格式，跟zip，gz等壓縮格式?jīng)]有多大區(qū)別，可以用360壓縮打開。。。

進入正題，類加載器分為四種，啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：最頂級的類加載器，還是用C++寫的；在我們編寫java程序的時候，編譯器會自動的幫我們導(dǎo)入一下常用的jar包，用的就是這個類加載器，比如我們最熟悉的lang包下的Object，String，Integer等都是我們可以直接用的，而不需要我們手動導(dǎo)入；具體的會導(dǎo)入哪些jar包呢，這就需要我們配置環(huán)境變量JAVA_HOME，編譯器會去環(huán)境變量中找%JAVA_HOME%\jre\lib ，這下面所有jar包然后進行加載到內(nèi)存中，注意不是加載在JVM中；而且出于安全考慮，啟動類加載器只加載包名為java、javax、sun等開頭的類

擴展類加載器（Extension ClassLoader）：父類加載器是啟動類加載器，java語言實現(xiàn)，負責(zé)加載%JAVA_HOME%\jre\lib\ext 路徑下的jar包,這個不會自動加載，只有在需要加載的時候才去加載。

應(yīng)用類加載器（Application ClassLoader）：父類加載器是擴展類加載器，java語言實現(xiàn)，也可以叫做系統(tǒng)類加載器（SystemClassLoader），這個類加載器主要是加載我們在寫項目時編寫的放在類路徑下的類，比如maven項目中src/main/java/所有類

自定義類加載器：需要我們自己實現(xiàn)，當(dāng)特殊情況下我們需要自定義類加載器，只需要實現(xiàn)ClassLoader接口，然后重寫findClass（）方法，我們就能夠自己實現(xiàn)一個類加載器，而且自己實現(xiàn)類加載器之后可以去加載任何地方的類。假如我新建一個類放在F盤的隨便一個角落里也可以指定類路徑去加載，有興趣的小伙伴可以去試試。

不考慮自定義類加載器，可以看到，啟動、擴展、應(yīng)用這三個加載器就像是爺爺，爸爸，兒子一樣的關(guān)系，所以要加載一個類的話，選用哪個類加載器呢？肯定是有什么好吃的先讓兒子吃呀，然而兒子又很有孝心，會把到手的好吃的給爸爸吃。爸爸又會給爺爺吃，爺爺會嘗試著吃，假如一看這東西糖分太高于是就又給爸爸吃，爸爸也嘗試著吃，發(fā)現(xiàn)這東西不好吃，于是最后還是給兒子吃....這就是類加載器的雙親委托機制，隨便找了一幅圖看看：

2.3.JVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其實大多數(shù)人對JVM是很熟悉了，不就是那幾個塊嗎？本地方法棧，java棧，java堆，方法區(qū)，pc計數(shù)器，我這里就先大概說一下這幾個部分的用處；

方法區(qū)：類加載器其實就是將字節(jié)碼文件給丟到這里，并解析出字節(jié)碼文件中包含的一些信息，比如全類名，類變量，方法有關(guān)的信息，父類信息，是不是接口等等這類信息

由于方法區(qū)很重要，我就隨意畫個草圖：

常量池（屬于方法區(qū)）：由于方法區(qū)比較厲害能把字節(jié)碼文件中很多信息給解析出來，但其中可能有很多常量比如18，“helloworld”，以及一些符號引用，常量池就存這些東西；但是什么又是符號引用呢？我就大概說一下吧，假如兩個類Animal和Dog，在Animal類中有個方法里面是這樣的：Dog dog = new Dog（）；dog.run(); 這個時候問題來了，在加載Animal類的時候發(fā)現(xiàn)了要用到Dog類，肯定是要去加載Dog類的，那么有兩種做法，第一種先暫停Animal類的加載去加載Dog類，加載完之后再加載Dog類，第二種，Animal類繼續(xù)加載的同時順便加載Dog類，只是Animal中只要是用到了Dog類、方法、字段的所有地方我隨便用xxx來表示，等Dog類加載完之后我再把xxx指向方法區(qū)Dog類對應(yīng)的地址就ok了；我們當(dāng)然用第二種方法啦，并且在這里我們隨便用的xxx就是符號引用，而加載完成后方法區(qū)中的Dog類地址就是直接引用

java堆：根據(jù)方法區(qū)中存的這么豐富的信息，這里就會創(chuàng)建每一個類的Class對象，話說這個Class對象用的最多的就是反射，那么這個Class對象到底是個什么呢？其實不用想的太難理解了，你就把它看作字節(jié)碼文件在內(nèi)存中的另外一種形式唄，就好像大米，在電飯煲里的表現(xiàn)形式就是米飯，在高壓鍋里的表現(xiàn)形式就是粥了.....;假如程序運行的話，還會在堆中創(chuàng)建對象并且存放在堆中，所有的同類型的類的實例對象共享一個Class對象，我也隨意畫了一個草圖來看看如下所示，所以同一個類的不同實例對象的xx.getClass()都是一樣的，而且根據(jù)獲得的Class對象可以利用反射創(chuàng)建新的對象和獲取其中的方法，可以說Class對象為我們程序員提供了一個操作堆中對象的一個安全通道

pc寄存器：對于多線程來說，你就可以把這個看作一個計數(shù)器，每個線程一個，里面寫著1,2,3,4,5....記錄著各個線程執(zhí)行代碼的行號，為什么要記這個行號呢？莫非是閑的蛋疼？當(dāng)然不是！因為對于多線程來說，cpu首先執(zhí)行一號線程，然后停止，去執(zhí)行二號線程，又停止，又去執(zhí)行一號線程...這個時候問題來了，cpu怎么知道上一次一號線程執(zhí)行到哪里來了？于是啊，這個pc寄存器用處就來了，因為每個線程都有一個，而且記錄著當(dāng)前執(zhí)行的行號，下次cpu來了根據(jù)這個行號就可以接著執(zhí)行了??！

java棧：對象已經(jīng)創(chuàng)建完畢放在堆中，然后我們調(diào)用一個java方法，就會在java棧中開辟一小塊空間（就是所謂的壓棧），俗稱棧幀，棧幀可以有多個，因為一個方法中可以調(diào)用其他方法嘛！總之一個方法就對應(yīng)一個棧幀，棧幀里面放著我們這個要運行方法內(nèi)的局部變量，方法返回值等等參數(shù)，等這個方法執(zhí)行完之后這個棧幀就退出去了（這就是所謂的彈棧），然后棧就恢復(fù)原樣

本地方法棧：不知道大家有沒有打開JDK的一些類的源碼看看，很多類都有Native方法（本地方法），我的理解是就是調(diào)用操作系統(tǒng)中一些c語言實現(xiàn)的方法或者其他語言實現(xiàn)的方法....

2.4.加載

說了這么久的類加載器的種類還有類加載器的使用順序，然后也簡單說了JVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各自的作用，現(xiàn)在就是選好了的類加載器去加載字節(jié)碼文件丟到JVM中的方法區(qū)中了。

用偽代碼隨便看看加載大概步驟，參數(shù)name就是我們傳進去的類的全名：

public Class<?> loadClass(String name) { 
  try { 
   if (parent != null) { 
    //如果存在父類加載器，就委派給父類加載器加載 
    c = parent.loadClass(name, false); 
   } else { 
    //如果不存在父類加載器，就檢查是否是由啟動類加載器加載的類， 通過調(diào)用本地方法native findBootstrapClass0
    c = findBootstrapClass0(name); 
   } 
  } catch (ClassNotFoundException e) { 
   // 如果父類加載器和啟動類加載器都不能完成加載任務(wù)，才調(diào)用自身的加載功能 
   c = findClass(name); 
  }

所以假如我自定義一個類加載器MyClassLoader，那么就可以用這種方式去加載我隨意放在F盤myclass目錄里面，com.wyq.test包下的一個Student類：

MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("F:\\myclass");
Class c=myClassLoader.loadClass("com.wyq.test.Student");

然后我們得到了這個類的Class對象就可以用反射對這個類為所欲為了，嘿嘿嘿嘿~

2.5.鏈接

鏈接中分為三步：驗證，準(zhǔn)備，解析；

隨便說說這三步大概干些什么，驗證：這一步其實沒什么大的用處，就是虛擬機會檢查一下我們的字節(jié)碼文件有沒有問題，具體的就是看看你字節(jié)碼文件格式有問題嗎？語法有沒有問題？等等

準(zhǔn)備：給類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存空間，并設(shè)置初始值；大家都知道靜態(tài)變量是放在方法區(qū)中的吧，比如我java類中有個靜態(tài)變量static int age = 18 那么這這個階段首先會分配4個字節(jié)的內(nèi)存空間，然后設(shè)置初始值為0，八大基本數(shù)據(jù)類型都有初始值，可以了解了解

解析：比較專業(yè)一點的說法就是，在解析階段，JVM會把類的二進制數(shù)據(jù)中的符號引用替換為直接引用！這句話怎么理解請看上面介紹的常量池

2.6 初始化

還是用準(zhǔn)備階段那個靜態(tài)變量，根據(jù)字節(jié)碼文件，將準(zhǔn)備那個階段的初始值覆蓋成真正的值18；

順便說一句，加載、鏈接、初始化三個步驟不是一定要按照這個順序完成的，只是開始的順序是這個，但是在執(zhí)行過程中可能會有彎道超車的現(xiàn)象

3.例子分析

這里我們寫一個最簡單的例子來總結(jié)一下上面這么多知識；

public class Animal{
 private int age=18;
 public void run() {} 

}

publci class Test{
 public static void main(String[] args){
  Animal animal = new Animal();
  animal.run();

 }
}

運行這個main方法的步驟：

1.首先是編譯器會將這兩個類都編譯成字節(jié)碼文件并放在你的項目存放路徑

2.Test這個類會以某種方式告訴JVM自己的類名“Test”，虛擬機就會以某種牛逼的方法可以找到你這個Test.class放在那個目錄下面

3.調(diào)用類加載器，采用雙親委托機制去加載這個類，最后不出意外應(yīng)該是應(yīng)用類加載器去加載這個Test.class,以二進制流的形式加載進JVM方法區(qū)

4.在加載之后會去驗證這個Test.class是否符合規(guī)范，沒問題的話就會解析這個加載進來的Test.class，將其中很多信息都保存下來，常量和符號引用保存在常量池中，其他的比如訪問修飾符，全類名，直接父類的全類名，方法和字段信息，除了常量以外的所有靜態(tài)變量，以及指向類加載器和Class對象的指針等都存在常量池外面

5.通過保存在方法區(qū)中的字節(jié)碼，JVM可以執(zhí)行main（）方法，在執(zhí)行這個方法的時候，會一直持有有一個指向Test的常量池的指針；

6.在執(zhí)行main方法的第一條指令的時候，就是告訴JVM為Test常量池的第一個類型分配足夠內(nèi)存；由于main方法一直持有執(zhí)行Test常量池指針于是很迅速的找到了常量池第一項，發(fā)現(xiàn)它是一個對Animal類的符號引用，然后就會先檢查方法區(qū)看有沒有Animal類有沒有被加載，假如沒有的話就要去找到這個Animal類；這里就有了一個算法的小知識，怎么才能夠讓虛擬機最快速度找到Animal類所在位置呢？可以用散列表，搜索樹等算法。

7.加載Animal.class到方法區(qū)并提取其中有用的信息保存在方法區(qū)，然后替換Test常量池第一個類型的符號引用，變?yōu)橹苯右?；注意，這個時候還沒有創(chuàng)建對象，直接引用指向的是方法區(qū)中Animal所在的地址

8.JVM在堆中為創(chuàng)建Animal對象分配足夠內(nèi)存，怎么確定這個內(nèi)存多大合適呢？其實JVM比較牛，已經(jīng)設(shè)好了可以根據(jù)方法區(qū)中存放的信息確定一個類創(chuàng)建對象要用到多少堆空間；

9.對象創(chuàng)建好了會設(shè)置Animal實例變量的默認(rèn)初始值：age = 0

10.創(chuàng)建一個棧幀（里面有一個指向Animal對象的引用），壓入java棧中，到此main方法第一條指令就執(zhí)行完畢；還記得一個方法一個棧幀么

11.然后根據(jù)這個棧幀調(diào)用java代碼，將age的值初始化為正確的值：18

12.通過這個棧幀執(zhí)行run（）方法，又會開辟一個棧幀存放run（）方法內(nèi)部的所有信息

13.run（）方法執(zhí)行完畢，釋放這個棧幀；然后main（）執(zhí)行完畢，釋放棧幀；然后就是程序執(zhí)行完畢，清理回收堆中所有對象以及方法區(qū)

大概就是這么一個流程，其中最后的那個清理回收過程其實很重要，由于java棧和方法區(qū)的清理內(nèi)存效率非常好，我們可以不用在意，重點是在堆中清理內(nèi)存，而且由于有的程序是會運行很久的，不可能每次都等程序執(zhí)行完畢之后再一起清理，肯定是要一邊運行程序一邊清理堆內(nèi)存中沒用的對象，那么又該怎么進行處理呢？又會涉及到很多的算法以及堆內(nèi)部到底是什么結(jié)構(gòu)，后面我們會逐漸挖掘...

以上所述是小編給大家介紹的java虛擬機詳解整合，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！