一:java代碼的執(zhí)行流程(引出JVM)

• 首先由程序員編寫成.java文件
• 然后由javac(java編輯器)將.java文件編譯成.class文件
• .class文件可以在不同平臺(tái)/操作系統(tǒng)上的JVM上執(zhí)行
• 再由JVM編譯成可供不同操作系統(tǒng)識(shí)別的機(jī)器碼（0,1二進(jìn)制）
  

二:JVM來(lái)源

我們?cè)谙螺dJDK的時(shí)候，也就把JVM給下載下來(lái)了 （因?yàn)镴DK包含JRE,JRE包含JVM）

1:JRE： Java Runtime Environment

JRE顧名思義是java運(yùn)行時(shí)環(huán)境，包含了java虛擬機(jī)，java基礎(chǔ)類庫(kù)。是使用java語(yǔ)言編寫的程序運(yùn)行所需要的軟件環(huán)境，是提供給想運(yùn)行java程序的用戶使用的。

2:JDK：Java Development Kit

顧名思義是java開發(fā)工具包，是程序員使用java語(yǔ)言編寫java程序所需的開發(fā)工具包，是提供給程序員使用的。JDK包含了JRE，同時(shí)還包含了編譯java源碼的編譯器javac，還包含了很多java程序調(diào)試和分析的工具：jconsole，jvisualvm等工具軟件，還包含了java程序編寫所需的文檔和demo例子程序。

3.JVM虛擬機(jī)

JVM(JAVA虛擬機(jī))是運(yùn)行Java字節(jié)碼的虛擬機(jī),通過(guò)編譯.java文件為.class文件得到字節(jié)碼文件 . .class文件包含JVM可以理解的字節(jié)碼。
在現(xiàn)實(shí)世界中，JVM是一種規(guī)范，它提供可以執(zhí)行Java字節(jié)碼的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。
如果你需要運(yùn)行java程序，只需安裝JRE就可以了。如果你需要編寫java程序，需要安裝JDK。

三:JVM在Java程序運(yùn)行當(dāng)中的位置

JVM之所以稱為虛擬機(jī)，是因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)不依賴于底層操作系統(tǒng)和機(jī)器硬件體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器接口。這種與硬件和操作系統(tǒng)的獨(dú)立性使得Java程序“寫一次，到處運(yùn)行”（write-once-run-anywhere).

四:JVM的體系結(jié)構(gòu)

1:圖示

那么我們分層來(lái)解析這個(gè)體系結(jié)構(gòu)的重要的部分

2：類加載器系統(tǒng)

(1):類加載機(jī)制

a:首先要知道 java程序運(yùn)行的幾個(gè)階段

b:累加載機(jī)制

• 類加載顧名思義就是把類加載到 JVM 中，而輸出一段二進(jìn)制流到內(nèi)存，之后經(jīng)過(guò)一番解析、處理轉(zhuǎn)化成可用的 class 對(duì)象，這就是類加載要做的事情。

• 二進(jìn)制流可以來(lái)源于 class 文件，或者通過(guò)字節(jié)碼工具生成的字節(jié)碼或者來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)都行，只要符合格式的二進(jìn)制流，JVM 來(lái)者不拒

• 類加載流程分為加載、連接、初始化三個(gè)階段，連接還能拆分為：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三個(gè)階段。

• 加載:JVM在該階段的主要目的使將字節(jié)碼從不同的數(shù)據(jù)源（可能是class文件,也可能是jar包，甚至使網(wǎng)絡(luò)）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制字 節(jié)流加載到內(nèi)存中方法區(qū)中，并在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的Class對(duì)象

• 驗(yàn)證：主要是驗(yàn)證加載進(jìn)來(lái)的二進(jìn)制流是否符合一定格式，是否規(guī)范，是否符合當(dāng)前 JVM 版本等等之類的驗(yàn)證。

• 準(zhǔn)備：為靜態(tài)變量(類變量)賦初始值，也即為它們?cè)诜椒▍^(qū)劃分內(nèi)存空間。這里注意是靜態(tài)變量，并且是初始值，比如 int 的初始值是 0。

• 解析：將常量池的符號(hào)引用轉(zhuǎn)化成直接引用。符號(hào)引用可以理解為只是個(gè)替代的標(biāo)簽，比如你此時(shí)要做一個(gè)計(jì)劃，暫時(shí)還沒有人選，你設(shè)定了個(gè) A 去做這個(gè)事。然后等計(jì)劃真的要落地的時(shí)候肯定要找到確定的人選，到時(shí)候就是小明去做一件事。 解析就是把 A(符號(hào)引用) 替換成小明(直接引用)。符號(hào)引用就是一個(gè)字面量，沒有什么實(shí)質(zhì)性的意義，只是一個(gè)代表。直接引用指的是一個(gè)真實(shí)引用，在內(nèi)存中可以通過(guò)這個(gè)引用查找到目標(biāo)。

• 初始化：這時(shí)候就執(zhí)行一些靜態(tài)代碼塊，為靜態(tài)變量賦值，這里的賦值才是代碼里面的賦值，準(zhǔn)備階段只是設(shè)置初始值占個(gè)坑。

c:類加載的補(bǔ)充

那么這個(gè)類加載中 加載階段 我們從不同的數(shù)據(jù)源找這個(gè).class文件是如何找到的呢？

-加載類，JVM有三種類加載方式：Bootstrap（啟動(dòng)類加載器）,extension（擴(kuò)展類加載器）,application（系統(tǒng)類加載器）
-當(dāng)加載類文件時(shí)，JVM會(huì)找到某個(gè)任意類XYZ.class的依賴項(xiàng)。

• 第一個(gè)啟動(dòng)類載入器試圖查找類，它會(huì)掃描lib文件夾下的rt.jar文件
• 如果沒有找到類，則extension類加載器會(huì)在jre\lib\ext文件夾下查找該類
• 同樣沒有找到類，application類加載器會(huì)在系統(tǒng)CLASSPATH環(huán)境變量中查詢所有的Jar文件和類.
• 如果類被任何加載器發(fā)現(xiàn)，則被類加載器載入，否則拋出異常:ClassNotFoundException。

(2):類加載器

首先這個(gè)說(shuō)到類加載器肯定是要講到雙親委派模型的

• 類加載器：講到類加載不得不講到類加載的順序和類加載器。Java 中大概有四種類加載器，分別是：啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader），擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader），系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader），自定義類加載器（Custom ClassLoader），依次屬于繼承關(guān)系（注意這里的繼承不是 Java 類里面的 extends）
• 啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader）：主要負(fù)責(zé)加載存放在Java_Home/jre/lib下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑下的，并且能被虛擬機(jī)識(shí)別的類庫(kù)（如rt.jar，所有的java.*開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載），啟動(dòng)類加載器是無(wú)法被Java程序直接引用的。
• 擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：主要負(fù)責(zé)加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載Java_Home/jre/lib/ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫(kù)（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
• 系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader）：主要負(fù)責(zé)加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來(lái)實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過(guò)自己的類加載器，一般情況下這個(gè)就是程序中默認(rèn)的類加載器。
• 自定義類加載器（Custom ClassLoader：自己開發(fā)的類加載器
• 雙親委派模型不是一種強(qiáng)制性約束，也就是你不這么做也不會(huì)報(bào)錯(cuò)怎樣的，它是一種JAVA設(shè)計(jì)者推薦使用類加載器的方式。
• 
  為甚要雙親委派
  其實(shí)就是規(guī)范，當(dāng)我們加載這個(gè).Class字節(jié)碼文件的時(shí)候，是從本地磁盤中找這個(gè)文件的，那么入如果有在不同文件目錄下的相同的.Class文件的時(shí)候 那就該如何選擇呢，這時(shí)就需要一定的規(guī)范的和準(zhǔn)則了。
  它使得類有了層次的劃分。就拿 java.lang.Object 來(lái)說(shuō)，加載它經(jīng)過(guò)一層層委托最終是由Bootstrap ClassLoader來(lái)加載的，也就是最終都是由Bootstrap ClassLoader去找<JAVA_HOME>\lib中rt.jar里面的java.lang.Object加載到JVM中。
  這樣如果有不法分子自己造了個(gè)java.lang.Object,里面嵌了不好的代碼，如果我們是按照雙親委派模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，最終加載到JVM中的只會(huì)是我們r(jià)t.jar里面的東西，也就是這些核心的基礎(chǔ)類代碼得到了保護(hù)。
  因?yàn)檫@個(gè)機(jī)制使得系統(tǒng)中只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)java.lang.Object。不會(huì)亂套了。你想想如果我們JVM里面有兩個(gè)Object，那豈不是天下大亂了。

3:JVM的內(nèi)存空間

(1):前言

主要是考慮jvm的內(nèi)存和實(shí)際物理內(nèi)存的關(guān)系，首先可以知道的jvm(虛擬機(jī))的內(nèi)存模型是虛擬出來(lái)的模仿實(shí)際操作系統(tǒng)內(nèi)存的，但我們new 出來(lái)一個(gè)對(duì)象是占用虛擬機(jī)的內(nèi)存，同時(shí)也占用物理內(nèi)存（虛擬機(jī)中的內(nèi)存是與計(jì)算機(jī)的物理內(nèi)存映射的）。

(2):JVM的體系結(jié)構(gòu)圖

(3):操作系統(tǒng)的內(nèi)存布局

a:前言

為了解JVM的體系結(jié)構(gòu)圖,我們非常有必要先了解一下操作系統(tǒng)的內(nèi)存基本結(jié)構(gòu)

b:操作系統(tǒng)的內(nèi)存布局

c:操作系統(tǒng)的JVM

為什么jvm的內(nèi)存是分布在操作系統(tǒng)的堆中呢？？因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的棧是操作系統(tǒng)管理的，它隨時(shí)會(huì)被回收，所以如果jvm放在棧中，那java的一個(gè)new的對(duì)象就很難確定會(huì)被誰(shuí)回收了，那gc的存在就一點(diǎn)意義都沒有了，而要對(duì)棧做到自動(dòng)釋放也是jvm需要考慮的，所以放在堆中就最合適不過(guò)了。

d:操作系統(tǒng)+jvm的內(nèi)存簡(jiǎn)單布局

• 從這個(gè)圖，你應(yīng)該不難發(fā)現(xiàn)，原來(lái)jvm的設(shè)計(jì)的模型其實(shí)就是操作系統(tǒng)的模型，
• **基于操作系統(tǒng)的角度，jvm就是個(gè)該死的java.exe/javaw.exe，也就是一個(gè)應(yīng)用，用來(lái)加載.class文件
• 而基于class文件來(lái)說(shuō)，jvm就是個(gè)操作系統(tǒng)，**
• 而jvm的方法區(qū)，也就相當(dāng)于操作系統(tǒng)的硬盤區(qū)，
• 而java棧和操作系統(tǒng)棧是一致的，無(wú)論是生長(zhǎng)方向還是管理的方式，
• 至于堆嘛，雖然概念上一致目標(biāo)也一致，分配內(nèi)存的方式也一直(new,或者malloc等等)，但是由于他們的管理方式不同，jvm是gc回收，而操作系統(tǒng)是程序員手動(dòng)釋放，所以在算法上有很多的差異，gc的回收算法。

e:操作系統(tǒng)+jvm的內(nèi)存簡(jiǎn)單布局+PC寄存器

將這個(gè)圖和上面的圖對(duì)比多了什么？沒錯(cuò)，多了一個(gè)pc寄存器，我為什么要畫出來(lái)，主要是要告訴你，所謂pc寄存器，無(wú)論是在虛擬機(jī)中還是在我們虛擬機(jī)所寄宿的操作系統(tǒng)中功能目的是一致的，計(jì)算機(jī)上的pc寄存器是計(jì)算機(jī)上的硬件，本來(lái)就是屬于計(jì)算機(jī)，（這一點(diǎn)對(duì)于學(xué)過(guò)匯編的同學(xué)應(yīng)該很容易理解，有很多的寄存器eax，esp之類的32位寄存器，jvm里的寄存器就相當(dāng)于匯編里的esp寄存器），計(jì)算機(jī)用pc寄存器來(lái)存放“偽指令”或地址，而相對(duì)于虛擬機(jī)，pc寄存器它表現(xiàn)為一塊內(nèi)存(一個(gè)字長(zhǎng)，虛擬機(jī)要求字長(zhǎng)最小為32位)，虛擬機(jī)的pc寄存器的功能也是存放偽指令，更確切的說(shuō)存放的是將要執(zhí)行指令的地址，它甚至可以是操作系統(tǒng)指令的本地地址，當(dāng)虛擬機(jī)正在執(zhí)行的方法是一個(gè)本地方法的時(shí)候，jvm的pc寄存器存儲(chǔ)的值是undefined，所以你現(xiàn)在應(yīng)該很明確的知道，虛擬機(jī)的pc寄存器是用于存放下一條將要執(zhí)行的指令的地址(字節(jié)碼流)。

f:操作系統(tǒng)+jvm的內(nèi)存簡(jiǎn)單布局+PC寄存器+classLoader

• 這個(gè)圖是要告訴你，當(dāng)一個(gè)classLoder啟動(dòng)的時(shí)候，classLoader的生存地點(diǎn)在jvm的堆，
• 然后它會(huì)去主機(jī)硬盤上將A.class裝載到j(luò)vm的方法區(qū)，
• 方法區(qū)中的這個(gè)字節(jié)文件會(huì)被虛擬機(jī)拿來(lái)new A字節(jié)碼()，然后在堆內(nèi)存生成了一個(gè)A字節(jié)碼的對(duì)象，
• 然后A字節(jié)碼這個(gè)內(nèi)存文件有兩個(gè)引用一個(gè)指向A的Class對(duì)象，一個(gè)指向加載自classLoader
• 那么這個(gè)字節(jié)碼文件中還有什么信息呢
  
  補(bǔ)充:
  這里的A.class文件存放的位置 主機(jī)磁盤，就是我們類加載階段中的加載 通過(guò)不同的類加載器
  在主機(jī)不同的文件夾中找.class

(4):JVM內(nèi)存中的棧和堆

a:Java內(nèi)存分配中的棧

在函數(shù)中定義的一些基本類型的變量數(shù)據(jù)和對(duì)象的引用變量都在函數(shù)的棧內(nèi)存中分配。當(dāng)在一段代碼塊定義一個(gè)變量時(shí)，Java就在棧中為這個(gè)變量分配內(nèi)存空間，當(dāng)該變量退出該作用域后，Java會(huì)自動(dòng)釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間可以立即被另作他用。

b:Java內(nèi)存分配中的堆

• 堆內(nèi)存用來(lái)存放由new創(chuàng)建的對(duì)象和數(shù)組。 在堆中分配的內(nèi)存，由Java虛擬機(jī)的自動(dòng)垃圾回收器來(lái)管理。

• 在堆中產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)組或?qū)ο蠛?#xff0c;還可以 在棧中定義一個(gè)特殊的變量，讓棧中這個(gè)變量的取值等于數(shù)組或?qū)ο笤诙褍?nèi)存中的首地址，棧中的這個(gè)變量就成了數(shù)組或?qū)ο蟮囊米兞俊Ｒ米兞烤拖喈?dāng)于是為數(shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€(gè)名稱，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來(lái)訪問(wèn)堆中的數(shù)組或?qū)ο蟆Ｒ米兞烤拖喈?dāng)于是為數(shù)組或者對(duì)象起的一個(gè)名稱。

• 引用變量是普通的變量，定義時(shí)在棧中分配，引用變量在程序運(yùn)行到其作用域之外后被釋放。而數(shù)組和對(duì)象本身在堆中分配，即使程序運(yùn)行到使用 new 產(chǎn)生數(shù)組或者對(duì)象的語(yǔ)句所在的代碼塊之外，數(shù)組和對(duì)象本身占據(jù)的內(nèi)存不會(huì)被釋放，數(shù)組和對(duì)象在沒有引用變量指向它的時(shí)候，才變?yōu)槔?#xff0c;不能在被使用，但仍 然占據(jù)內(nèi)存空間不放，在隨后的一個(gè)不確定的時(shí)間被垃圾回收器收走（釋放掉）。這也是 Java 比較占內(nèi)存的原因。

• 實(shí)際上，棧中的變量指向堆內(nèi)存中的變量，這就是Java中的指針！

4:JVM的垃圾回收器

JVM筆記之垃圾回收器

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM笔记(JVM内存+垃圾回收器)详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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