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JVM 是 Java 運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)一次編譯到處執(zhí)行的關(guān)鍵，那么 JVM 是如何執(zhí)行的呢？
JVM 執(zhí)行流程
程序在執(zhí)行之前先要把java代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼（class 文件）， JVM 首先需要把字節(jié)碼通過一定的
方式 類加載器（ClassLoader） ? 把文件加載到內(nèi)存中? 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area） ，而字節(jié)碼文件是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交個(gè)底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器 執(zhí)行引擎（Execution Engine） 將 字節(jié)碼翻譯 成底層系統(tǒng)指令再交由 CPU 去執(zhí)行，而這個(gè)過程中需要調(diào)用其他語言的接口 本地庫接口（Native Interface） 來實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的功能，這就是這 4 個(gè)主要組成部分的職責(zé)與功能。
總結(jié)來看， JVM 主要通過分為以下 4 個(gè)部分，來執(zhí)行 Java 程序的，它們分別是：1. 類加載器（ClassLoader）2. 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）3. 執(zhí)行引擎（Execution Engine）4. 本地庫接口（Native Interface）
JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)?
JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域也叫內(nèi)存布局，但需要注意的是它和 Java 內(nèi)存模型（ (Java Memory Model ，簡(jiǎn)稱JMM）完全不同，屬于完全不同的兩個(gè)概念，它由以下 5 大部分組成：
2.1 堆（線程共享）
堆的作用：程序中創(chuàng)建的所有對(duì)象都在保存在堆中。
堆里面分為兩個(gè)區(qū)域：新生代和老生代，新生代放新建的對(duì)象，當(dāng)經(jīng)過一定 GC 次數(shù)之后還存活的對(duì)象會(huì)放入老生代。新生代還有 3 個(gè)區(qū)域：一個(gè) Endn + 兩個(gè) Survivor （ S0/S1 ）。
垃圾回收的時(shí)候會(huì)將 Endn 中存活的對(duì)象放到一個(gè)未使用的 Survivor 中，并把當(dāng)前的 Endn 和正在使用的 Survivor 清楚掉。
2.2 Java虛擬機(jī)棧（線程私有）
Java 虛擬機(jī)棧的作用： Java 虛擬機(jī)棧的生命周期和線程相同， Java 虛擬機(jī)棧描述的是 Java 方法執(zhí)行的 內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame ）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù) 棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。咱們常說的堆內(nèi)存、棧內(nèi)存中，棧內(nèi)存指的就是虛擬機(jī)棧。
Java 虛擬機(jī)棧中包含了以下 4 部分：
- 局部變量表： 存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型(8大基本數(shù)據(jù)類型)、對(duì)象引用。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，這個(gè)方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在執(zhí)行期間不會(huì)改變局部變量表大小。簡(jiǎn)單來說就是存放方法參數(shù)和局部變量。
- 操作棧：某些字節(jié)碼指令把值壓入操作數(shù)棧，其余指令將操作數(shù)取出棧。使用他們后再把結(jié)果壓入棧。比如：執(zhí)行復(fù)制、交換、求和等操作。
- 動(dòng)態(tài)鏈接：指向運(yùn)行時(shí)常量池的方法引用。
- 方法返回地址：PC 寄存器的地址。
什么是線程私有 ?由于 JVM 的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)，因此在任何一個(gè)確定的時(shí)刻，一個(gè)處理器 ( 多核處理器則指的是一個(gè)內(nèi)核 ) 都只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此為了切換線程后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)。我們就把類似這類區(qū)域稱之為 " 線程私有 " 的內(nèi)存
2.3 本地方法棧（線程私有）
本地方法棧和虛擬機(jī)棧類似，只不過 Java 虛擬機(jī)棧是給 JVM 使用的，而本地方法棧是給本地方法使用的。
2.4 程序計(jì)數(shù)器（線程私有）
程序計(jì)數(shù)器的作用：用來記錄當(dāng)前線程執(zhí)行的行號(hào)的。
程序計(jì)數(shù)器是一塊比較小的內(nèi)存空間，可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。
如果當(dāng)前線程正在執(zhí)行的是一個(gè) Java 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；
如果正在執(zhí)行的是一個(gè) Native 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值為空。
程序計(jì)數(shù)器內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在 JVM 規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OOM 情況的區(qū)域！
2.5 方法區(qū)（線程共享）
方法區(qū)的作用：用來存儲(chǔ)被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)
的。
在《 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中》把此區(qū)域稱之為 “ 方法區(qū) ” ，而在 HotSpot 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)中，在 JDK 7 時(shí)此區(qū)域叫做永久代（PermGen ）， JDK 8 中叫做元空間（ Metaspace ）。
PS ：永久代（ PermGen ）和元空間（ Metaspace ）是 HotSpot 中對(duì)《 Java 虛擬機(jī)規(guī)范》中方法
區(qū)的實(shí)現(xiàn)，它們?nèi)咧g的關(guān)系就好比，對(duì)于一輛汽車來說它定義了一個(gè)部分叫做 “ 動(dòng)能提供裝
置 ” ，但對(duì)于不同的汽車有不同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，比如對(duì)于燃油車來說，它的 “ 動(dòng)能提供裝置 ” 的實(shí)現(xiàn)技
術(shù)就是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱發(fā)動(dòng)機(jī)），而對(duì)于電動(dòng)汽車來說，它的 “ 動(dòng)能提供裝置 ” 的實(shí)現(xiàn)就是電動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱電機(jī)），發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)就相當(dāng)于永久代和元空間一樣，它是對(duì)于 “ 制動(dòng)器 ” 也就是方
法區(qū)定義的實(shí)現(xiàn)。
1. 對(duì)于 HotSpot 來說， JDK 8 元空間的內(nèi)存屬于本地內(nèi)存，這樣元空間的大小就不在受 JVM 最大內(nèi)
存的參數(shù)影響了，而是與本地內(nèi)存的大小有關(guān)。
2. JDK 8 中將字符串常量池移動(dòng)到了堆中。
運(yùn)行時(shí)常量池
運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，存放字面量與符號(hào)引用。
字面量 : 字符串 (JDK 8 移動(dòng)到堆中 ) 、 final常量、 基本類型的包裝類。
java中基本類型的包裝類的大部分都實(shí)現(xiàn)了常量池技術(shù)，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean。這5種包裝類默認(rèn)創(chuàng)建了數(shù)值[-128，127]的相應(yīng)類型的緩存數(shù)據(jù)，但是超出此范圍仍然會(huì)去創(chuàng)建新的對(duì)象。
兩種浮點(diǎn)數(shù)類型的包裝類Float,Double并沒有實(shí)現(xiàn)常量池技術(shù)。
符號(hào)引用 : 類和結(jié)構(gòu)的完全限定名、字段的名稱和描述符、方法的名稱和描述符。
- 類和結(jié)構(gòu)的完全限定名 ：包括包名和類/接口名。
- 字段的名稱和描述符：是一個(gè)簡(jiǎn)短的字符串，描述了字段的類型。
- 方法的名稱和描述符：?是一個(gè)簡(jiǎn)短的字符串，描述了方法的返回類型和參數(shù)類型。
JVM 類加載?
類加載過程
從上面的圖片我們可以看出整個(gè) JVM 執(zhí)行的流程中，和程序員關(guān)系最密切的就是類加載的過程了，所以
接下來我們來看下類加載的執(zhí)行流程。
對(duì)于一個(gè)類來說，它的生命周期是這樣的
其中前 5 步是固定的順序并且也是類加載的過程，其中中間的 3 步我們都屬于連接，所以對(duì)于類加載來
說總共分為以下幾個(gè)步驟：
1. 加載
2. 連接
????????1. 驗(yàn)證
????????2. 準(zhǔn)備
????????3. 解析
3. 初始化
下面我們分別來看每個(gè)步驟的具體執(zhí)行內(nèi)容。
1) 加載
加載即Java 類的字節(jié)碼文件加載到機(jī)器內(nèi)存中，并在內(nèi)存中構(gòu)建出 Java 類的原型——類模板對(duì)象。所謂類模板對(duì)象，其實(shí)就是 Java 類在 JVM 內(nèi)存中的一個(gè)快照，JVM 將從字節(jié)碼文件中解析出的常量池、類字段、類方法等信息存儲(chǔ)到模板中，這樣 JVM 在運(yùn)行期便能通過類模板而獲取 Java 類中的任意信息，能夠?qū)?Java 類的成員變量進(jìn)行遍歷，也能進(jìn)行 Java 方法的調(diào)用。
在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下3件事情：
- 通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
- 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)。
- 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口。
2) 驗(yàn)證
驗(yàn)證是連接階段的第一步，這一階段的目的是確保Class文件的字節(jié) 流中包含的信息符合《Java虛擬機(jī) 規(guī)范》的全部約束要求，保證這些信 息被當(dāng)作代碼運(yùn)行后不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。
驗(yàn)證選項(xiàng)：
- 文件格式驗(yàn)證
- 字節(jié)碼驗(yàn)證
- 符號(hào)引用驗(yàn)證
3) 準(zhǔn)備
準(zhǔn)備階段是正式為類中定義的變量（即靜態(tài)變量，被static修飾的變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值 的階段。
比如此時(shí)有這樣一行代碼：
public static int value = 123;
它是初始化 value 的 int 值為 0 ，而非 123 。
4) 解析
解析階段是 Java 虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程，也就是初始化常量的過程。
5) 初始化
初始化階段，Java 虛擬機(jī)真正開始執(zhí)行類中編寫的 Java 程序代碼，將主導(dǎo)權(quán)移交給應(yīng)用程序。初始化階段就是執(zhí)行類構(gòu)造器方法的過程。
雙親委派模型
什么是雙親委派模型？
如果一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，（加載1）時(shí)）它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類加載器去完成，每一個(gè)層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請(qǐng)求最 終都應(yīng)該傳送到最頂層的啟動(dòng)類加載器中，只有當(dāng)父加載器反饋?zhàn)约簾o 法完成這個(gè)加載請(qǐng)求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類） 時(shí)，子加載器才會(huì)嘗試自己去完成加載。
- 啟動(dòng)類加載器：加載 JDK 中 lib 目錄中 Java 的核心類庫，即$JAVA_HOME/lib目錄。 擴(kuò)展類加載器。加載 lib/ext 目錄下的類。
- 應(yīng)用程序類加載器：加載我們寫的應(yīng)用程序。
- 自定義類加載器：根據(jù)自己的需求定制類加載器。
雙親委派模型的優(yōu)點(diǎn)
1. 避免重復(fù)加載類：比如 A 類和 B 類都有一個(gè)父類 C 類，那么當(dāng) A 啟動(dòng)時(shí)就會(huì)將 C 類加載起來，那么在 B 類進(jìn)行加載時(shí)就不需要在重復(fù)加載 C 類了。
2. 安全性：使用雙親委派模型也可以保證了 Java 的核心 API 不被篡改，如果沒有使用雙親委派模
型，而是每個(gè)類加載器加載自己的話就會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如我們編寫一個(gè)稱為 java.lang.Object
類的話，那么程序運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)不同的 Object 類，而有些 Object 類又是用戶
自己提供的因此安全性就不能得到保證了。
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