JVM系列（一）JVM啟動流程和基本結構
「Great haste makes great waste」
JVM啟動流程
JVM是Java程序運行的環境,同時是一個操作系統的一個應用程序進程,因此它有自己的生命周期,也有自己的代碼和數據空間.
JVM工作原理和特點主要是指操作系統裝入JVM，是通過jdk中Java.exe來完成,通過下面4步來完成JVM環境.
1.創建JVM裝載環境和配置
JVM裝入環境，JVM提供的方式是操作系統的動態連接文件
2.裝載JVM.dll
通過第一步已經找到了JVM的路徑，Java通過LoadJavaVM來裝入JVM.dll文件．裝入工作很簡單就是調用Windows API函數：
LoadLibrary裝載JVM.dll動態連接庫．然後把JVM.dll中的導出函數JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs掛接到InvocationFunctions變數的CreateJavaVM和GetDefaultJavaVMInitArgs函數指針變數上。JVM.dll的裝載工作宣告完成。
3.初始化JVM.dll並掛界到JNIENV(JNI調用介面)實例
這樣就可以在Java中調用JVM的函數了．調用InvocationFunctions－>CreateJavaVM也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法獲得JNIEnv結構的實例．
4.調用JNIEnv實例裝載並處理class類。
JVM基本結構
JVM體系主要是兩個JVM的內部體系結構分為三個子系統和兩大組件，分別是：類裝載器（ClassLoader）子系統、執行引擎子系統和GC子系統，組件是內存運行數據區域和本地介面。
·程序計數器（PC寄存器）
PC(Program Couneter)寄存器是每個線程私有的，Java虛擬機會為每個線程創建PC寄存器，在任意時刻，一個Java線程總是在執行一個方法，這個方法稱為當前方法，如果當前方法不是本地方法，PC寄存器總會執行當前正在被執行的指令，如果是本地方法，則PC寄存器值為Underfined。每執行一條指令 PC 都會自增，因此 PC 存儲了指向下一條要被執行的指令地址。JVM 用 PC 來跟蹤指令執行的位置，PC 將實際上是指向方法區（Method Area）的一個內存地址。
·方法區（永久代）
方法區存儲了每個類的信息，比如類型的常量池、欄位，方法信息、方法位元組碼。所有線程共享同一個方法區，因此訪問方法區數據的和動態鏈接的進程必須線程安全。如果兩個線程試圖訪問一個還未載入的類的欄位或方法，必須只載入一次，而且兩個線程必須等它載入完畢才能繼續執行。
（JDK1.7中，已經把放在永久代的字元串常量池移到堆中。JDK1.8撤銷永久代，引入元空間。元空間是直接存在內存中，不在java虛擬機中的，因此元空間依賴於內存大小。當然你也可以自定義元空間大小。）
· 方法區不需要連續的內存，可以選擇固定大小或者可擴展。並且還可以選擇不實現垃圾收集。相對而言，垃圾收集行為在這個區域是比較少出現的，但並非數據進入了方法區就如永久代的名字一樣「永久」存在了。這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載，一般來說這個區域的回收「成績」比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當苛刻，但是這部分區域的回收確實是有必要的。當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。
·堆（Heap）
應用系統對象都保存在Java堆中，堆被用來在運行時分配類實例、數組。不能在棧上存儲數組和對象。因為棧幀被設計為創建以後無法調整大小。棧幀只存儲指向堆中對象或數組的引用。與局部變數數組（每個棧幀中的）中的原始類型和引用類型不同，對象總是存儲在堆上以便在方法結束時不會被移除。對象只能由垃圾回收器移除。所有線程共享Java堆。
簡述垃圾回收
為了支持分代垃圾回收機制，堆內存可以劃分為新生代和老年代兩個區域（默認新生代與老年代的空間大小為1：2）。新生代可以再劃分為Eden區、From Survivor區和To Survivor區（三者比例為8：1：1）。幾乎所有的新對象的創建都是在Eden區進行的。在垃圾回收（GC）過程中，Eden中的活躍對象會被轉移到Survivor區，當再到達一定的年齡（經歷過的Minor GC的次數，每經過一次新生代回收，如果對象存活則它的年齡就加1，對象達到一定的年齡後），會被轉移到老年代中。
複製演算法
·Java棧（Java Stack）
Java棧是線程私有的內存區域，其中存儲的是棧幀。，每一次方法調用創建一個幀，並壓棧，調用完畢出棧。下面是內存的線程公有私有示意圖：
如果方法methodOne方法調用了methodTwo，那麼methodOne就會先入棧創建一個棧楨，接著methodTwo再入棧成為棧頂(假設沒有其他的方法執行)，methodTwo執行完先出棧，接著methodOne執行完出棧。
一般由三部分組成:局部變數表、操作數據棧和幀數據區
局部變數表：可以存放的數據有8種基本數據類型（boolean，byte，char，short，int，float，long，double），對象引用和returnAddress類型。其中long和double因為是64位，會佔用兩個局部變數的空間。
每一個塊就是一個棧，如圖是兩個棧
在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度（比如遞歸調用的y時候），將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機棧可以動態擴展（當前大部分的Java虛擬機都可動態擴展，只不過Java虛擬機規範中也允許固定長度的虛擬機棧），當擴展時無法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError異常。
操作數棧：主要保存計算過程的中間結果，同時作為計算過程中的變數臨時的存儲空間。
下圖是一個兩數相加的操作數棧的過程：
幀數據區：除了局部變數表和操作數據棧以外，棧還需要一些數據來支持常量池的解析，這裡幀數據區保存著訪問常量池的指針，方便計程序訪問常量池，另外當函數返回或出現異常時賣虛擬機子必須有一個異常處理表，方便發送異常的時候找到異常的代碼，因此異常處理表也是幀數據區的一部分。
棧上分配
小對象（一般幾十個bytes），在沒有逃逸的情況下，可以直接分配在棧上
直接分配在棧上，可以自動回收，減輕GC壓力
大對象或者逃逸對象無法棧上分配
·本地方法棧（Native Method Stack）
本地方法棧也是線程私有的內存區域，與java棧比較相似，不同之處在於該區域主要是保存Native方法相關的數據。Native方法是非Java語言編寫的方法。
與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
TAG:TYDC |