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简单聊聊jvm

2023-05-28

21 浏览

江海入海，知识涌动，这是我参与江海计划的第9篇。

一、简单聊聊jvm

1.1先来看看简单的java程序

现在我有一个javabean：

public class java3y {

// 姓名

private string name;

// 年龄

private int age;

//.....各种get/set方法/tostring

}

一个测试类：

public class java3ytest {

public static void main(string[] args) {

java3y java3y = new java3y();

java3y.setname("java3y");

system.out.println(java3y);

}

我们在初学的时候肯定用过

javac

来编译

.java

文件代码，用过

java

命令来执行编译后生成的

.class

文件。

java源文件：

在使用ide点击运行的时候其实就是将这两个命令

结合

起来了(编译并运行)，方便我们开发。

生成class文件

解析class文件得到结果

1.2编译过程

.java

文件是由java源码编译器(上述所说的

javac.exe

)来完成，流程图如下所示：

java源码编译由以下

三个

过程组成：

●

分析和输入到符号表

●

注解处理

●

语义分析和生成class文件

1.2.1编译时期-语法糖

语法糖可以看做是

编译器实现的一些“小把戏”

，这些“小把戏”可能会使得

效率“大提升”。

最值得说明的就是

泛型

了，这个语法糖可以说我们是经常会使用到的！

●

泛型只会在java源码中存在，

编译过后

会被替换为原来的原生类型（raw type，也称为裸类型）了。这个过程也被称为：

泛型擦除

。

有了泛型这颗语法糖以后：

●

代码更加简洁【不用强制转换】

●

程序更加健壮【只要编译时期没有警告，那么运行时期就不会出现classcastexception异常】

●

可读性和稳定性【在编写集合的时候，就限定了类型】

了解泛型更多的知识：

●

1.3jvm实现跨平台

至此，我们通过

javac.exe

编译器编译我们的

.java

源代码文件生成出

.class

文件了！

这些

.class

文件很明显是

不能直接运行

的，它不像c语言(编译cpp后生成exe文件直接运行)

这些

.class

文件是交

由jvm来解析运行

！

●

jvm是运行在操作系统之上的，每个操作系统的指令是不同的，而

jdk是区分操作系统的

，只要你的本地系统装了jdk，这个jdk就是能够和当前系统兼容的。

●

而class字节码运行在jvm之上，所以

不用关心class字节码是在哪个操作系统编译的

，只要符合jvm规范，那么，这个字节码文件就是可运行的。

●

所以java就做到了跨平台--->一次编译，到处运行！

1.4class文件和jvm的恩怨情仇

1.4.1类的加载时机

现在我们例子中生成的两个

.class

文件

都会直接被加载到jvm中吗

？？

虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须

立即对类进行“初始化”

(class文件加载到jvm中)：

●

创建类的实例(new 的方式)。访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值，调用类的静态方法

●

反射的方式

●

初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化

●

java虚拟机启动时被标明为启动类的类，直接使用java.exe命令来运行某个主类（包含main方法的那个类）

●

当使用jdk1.7的动态语言支持时(....)

所以说：

●

java类的加载是动态的，它并不会一次性将所有类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，

则在需要的时候才加载

。这当然就是为了

节省内存开销

。

1.4.2如何将类加载到jvm

class文件是通过

类的加载器

装载到jvm中的！

java

默认有三种类加载器

：

各个加载器的工作责任：

●

1）bootstrap classloader：负责加载$java_home中jre/lib/

rt.jar

里所有的class，由c 实现，不是classloader子类

●

2）extension classloader：负责加载java平台中

扩展功能

的一些jar包，包括$java_home中jre/lib/*.jar或-djava.ext.dirs指定目录下的jar包

●

3）app classloader：负责记载

classpath

中指定的jar包及目录中class

工作过程：

●

1、当appclassloader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器extclassloader去完成。

●

2、当extclassloader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给bootstrapclassloader去完成。

●

3、如果bootstrapclassloader加载失败（例如在$java_home/jre/lib里未查找到该class），会使用extclassloader来尝试加载；

●

4、若extclassloader也加载失败，则会使用appclassloader来加载

●

5、如果appclassloader也加载失败，则会报出异常classnotfoundexception

其实这就是所谓的

双亲委派模型

。简单来说：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把

请求委托给父加载器去完成，依次向上

。

好处：

●

防止内存中出现多份同样的字节码

(安全性角度)

特别说明：

●

类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的

java.lang.class

类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而

不会尝试再次加载

。

1.4.2类加载详细过程

加载器加载到jvm中，接下来其实又分了

好几个步骤

：

●

加载，查找并加载类的二进制数据，在java堆中也

创建一个java.lang.class类的对象

。

●

连接，连接又包含三块内容：验证、准备、初始化。

- 1）验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；

- 2）准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；

- 3）解析，把类中的符号引用转换为直接引用

●

初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值。

1.4.3jit即时编辑器

一般我们可能会想：jvm在加载了这些class文件以后，针对这些字节码，

逐条取出，逐条执行

-->解析器解析。

但如果是这样的话，那就

太慢

了！

我们的jvm是这样实现的：

●

就是把这些java字节码

重新编译优化

，生成机器码，让cpu直接执行。这样编出来的代码效率会更高。

●

编译也是要花费时间的，我们一般对

热点代码

做编译，

非热点代码直接解析

就好了。

热点代码解释：一、多次调用的方法。二、多次执行的循环体

使用热点探测来

检测是否为热点代码

，热点探测有两种方式：

●

采样

●

计数器

目前hotspot使用的是

计数器的方式

，它为每个方法准备了两类计数器：

●

方法调用计数器（invocation counter）

●

回边计数器（back edgecounter）。

●

在确定虚拟机运行参数的前提下，这两个计数器都有一个确定的阈值，

当计数器超过阈值溢出了，就会触发jit编译

。

1.4.4回到例子中

按我们程序来走，我们的

java3ytest.class

文件会被appclassloader加载器(因为extclassloader和bootstrap加载器都不会加载它[双亲委派模型])加载到jvm中。

随后发现了要使用java3y这个类，我们的

java3y.class

文件会被appclassloader加载器(因为extclassloader和bootstrap加载器都不会加载它[双亲委派模型])加载到jvm中

详情参考：

●

---浅解jvm加载class文件

●

---jvm杂谈之jit

扩展阅读：

●

---深入探讨 java 类加载器

●

---深入浅出 jit 编译器

●

---java 类加载器（classloader）的实际使用场景有哪些？

1.5类加载完以后jvm干了什么？

在类加载检查通过后，接下来虚拟机

将为新生对象分配内存

。

1.5.1jvm的内存模型

首先我们来了解一下jvm的内存模型的怎么样的：

●

基于jdk1.8画的jvm的内存模型--->我画得比较

细

。

简单看了一下内存模型，简单看看每个区域究竟存储的是什么(干的是什么)：

●

堆：

存放对象实例

，几乎所有的对象实例都在这里分配内存

●

虚拟机栈：虚拟机栈描述的是

java方法执行的内存模型

：每个方法被执行的时候都会同时创建一个

栈帧

（stack frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息

●

本地方法栈：本地方法栈则是为虚拟机使用到的

native方法服务

。

●

方法区：存储已

被虚拟机加载的类元数据信息

(元空间)

●

程序计数器：当前线程所执行的字节码的

行号指示器

1.5.2例子中的流程

我来

宏观简述

一下我们的例子中的工作流程：

●

1、通过

java.exe

运行

java3ytest.class

，随后被加载到jvm中，

元空间存储着类的信息

(包括类的名称、方法信息、字段信息..)。

●

2、然后jvm找到java3ytest的主函数入口(main)，为main函数创建栈帧，开始执行main函数

●

3、main函数的第一条命令是

java3y java3y = new java3y();

就是让jvm创建一个java3y对象，但是这时候方法区中没有java3y类的信息，所以jvm马上加载java3y类，把java3y类的类型信息放到方法区中(元空间)

●

4、加载完java3y类之后，java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的java3y实例分配内存, 然后调用构造函数初始化java3y实例，这个

java3y实例持有着指向方法区的java3y类的类型信息

（其中包含有方法表，java动态绑定的底层实现）的引用

●

5、当使用

java3y.setname("java3y");

的时候，jvm

根据java3y引用找到java3y对象

，然后根据java3y对象持有的引用定位到方法区中java3y类的类型信息的

方法表

，获得

setname()

函数的字节码的地址

●

6、为

setname()

函数创建栈帧，开始运行

setname()

函数

从微观上其实还做了很多东西，正如上面所说的

类加载过程

（加载-->连接(验证，准备，解析)-->初始化)，在类加载完之后jvm

为其分配内存

(分配内存中也做了非常多的事)。由于这些步骤并不是一步一步往下走，会有很多的“混沌bootstrap”的过程，所以很难描述清楚。

●

扩展阅读(先有class对象还是先有object)：

参考资料：

●

---java程序编译和运行的过程

●

---java jvm 运行机制及基本原理

1.6简单聊聊各种常量池

在写这篇文章的时候，原本以为我对

string s = "aaa";

类似这些题目已经是不成问题了，直到我遇到了

string.intern()

这样的方法与诸如

string s1 = new string("1") new string("2");

混合一起用的时候

●

我发现，我还是太年轻了。

首先我是先阅读了美团技术团队的这篇文章：

---深入解析string#intern

嗯，然后就懵逼了。我摘抄一下他的例子：

打印结果是

●

jdk7,8下false true

调换一下位置后：

打印结果为：

●

jdk7,8下false false

文章中有很详细的解析，但我简单阅读了几次以后还是很懵逼。所以我知道了自己的知识点还存在漏洞，后面阅读了一下r大之前写过的文章：

●

---请别再拿“string s = new string("xyz");创建了多少个string实例”来面试了吧

看完了之后，就更加懵逼了。

后来，在zhihu上看到了这个回答：

●

---java 中new string("字面量") 中 "字面量" 是何时进入字符串常量池的?

结合网上资料和自己的思考，下面整理一下对常量池的理解~~

1.6.1各个常量池的情况

针对于jdk1.7之后：

●

常量池位于

堆中

●

运行时常量池位于

堆中

●

字符串常量池位于

堆中

常量池存储的是：

●

字面量(literal)：文本字符串等---->用双引号引起来的字符串字面量都会进这里面

●

符号引用(symbolic references)

- 类和接口的全限定名(full qualified name)

- 字段的名称和描述符(descriptor)

- 方法的名称和描述符

常量池（constant pool table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在

类加载后进入方法区的运行时常量池中存放

--->来源：深入理解java虚拟机 jvm高级特性与最佳实践（第二版）

现在我们的运行时常量池只是换了一个位置(原本来方法区，现在在堆中),但可以明确的是：

类加载后，常量池中的数据会在运行时常量池中存放

！

hotspot vm里，记录interned string的一个全局表叫做stringtable，它本质上就是个hashset。注意

它只存储对java.lang.string实例的引用，而不存储string对象的内容

字符串常量池只存储引用，不存储内容

！

再来看一下我们的intern方法：

●

如果常量池中存在当前字符串，那么直接返回常量池中它的引用

。

●

如果常量池中没有此字符串, 会将此字符串引用保存到常量池中后, 再直接返回该字符串的引用

！

1.6.2解析题目

本来打算写注释的方式来解释的，但好像挺难说清楚的。我还是画图吧...

第一句：

string s = new string("1");

第二句：

s.intern();

发现字符串常量池中已经存在"1"字符串对象，直接

返回字符串常量池中对堆的引用(但没有接收)

-->此时s引用还是指向着堆中的对象

第三句：

string s2 = "1";

发现字符串常量池

已经保存了该对象的引用

了，直接返回字符串常量池对堆中字符串的引用

很容易看到，

两条引用是不一样的！所以返回false

。

第一句：

string s3 = new string("1") new string("1");

注意：此时

"11"对象并没有在字符串常量池中保存引用

。

第二句：

s3.intern();

发现"11"对象

并有在字符串常量池中

，于是将"11"对象在字符串常量池中

保存当前字符串的引用

，并

当前字符串的引用(但没有接收)

第三句：

string s4 = "11";

发现字符串常量池已经存在引用了，直接返回(

拿到的也是与s3相同指向的引用

)

根据上述所说的：最后会返回true~~~

如果还是不太清楚的同学，可以试着接收一下

intern()

方法的返回值，再看看上述的图，应该就可以理解了。

下面的就由各位来做做，看是不是掌握了：

还有：

1.7gc垃圾回收

可以说gc垃圾回收是jvm中一个非常重要的知识点，应该非常详细去讲解的。但在我学习的途中，我已经发现了有很好的文章去讲解垃圾回收的了。

所以，这里我只简单介绍一下垃圾回收的东西，详细的可以到下面的面试题中查阅和最后给出相关的资料阅

读吧~

1.7.1jvm垃圾回收简单介绍

在c 中，我们知道创建出的对象是需要手动去delete掉的。我们java程序运行在jvm中，jvm可以帮我们“自动”回收不需要的对象，对我们来说是十分方便的。

虽然说“自动”回收了我们不需要的对象，但如果我们想变强，就要变秃..不对，就要去了解一下它究竟是怎么干的，理论的知识有哪些。

首先，jvm回收的是

垃圾

，垃圾就是我们程序中已经是不需要的了。垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着，

哪些已经“死去”

。判断哪些对象“死去”常用有两种方式：

●

引用计数法-->这种难以解决对象之间的循环引用的问题

●

可达性分析算法

-->主流的jvm采用的是这种方式

现在已经可以判断哪些对象已经“死去”了，我们现在要对这些“死去”的对象进行回收，回收也有好几种算法：

●

标记-清除算法

●

复制算法

●

标记-整理算法

●

分代收集算法

(这些算法详情可看下面的面试题内容)~

无论是可达性分析算法，还是垃圾回收算法，jvm使用的都是

准确式gc

。jvm是使用一组称为

oopmap

的数据结构，来存储所有的对象引用(这样就不用遍历整个内存去查找了，空间换时间)。

并且不会将所有的指令都生成oopmap，只会在

安全点

上生成oopmap，在

安全区域

上开始gc。

●

在oopmap的协助下，hotspot可以

快速且准确地

完成gc roots枚举（可达性分析）。

上面所讲的垃圾收集算法只能算是

方法论

，落地实现的是

垃圾收集器

：

●

serial收集器

●

parnew收集器

●

parallel scavenge收集器

●

serial old收集器

●

parallel old收集器

●

cms收集器

●

g1收集器

上面这些收集器大部分是可以互相

组合使用

的

1.8jvm参数与调优

很多做过javaweb项目(ssh/ssm)这样的同学可能都会遇到过outofmemory这样的错误。一般解决起来也很方便，在启动的时候加个参数就行了。

上面也说了很多关于jvm的东西--->jvm对内存的划分啊，jvm各种的垃圾收集器啊。

内存的分配的大小啊，使用哪个收集器啊，这些都可以由我们

根据需求，现实情况来指定

的，这里就不详细说了，等真正用到的时候才回来填坑吧~~~~

请后发表内容

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