JVM系列（一）JVM 概览

NASUF
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1. JVM 整体结构

简图

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详细图

image.png

  • 类装载子系统：将class file装载到内存中，生成Class对象，其中涉及到加载、链接、初始化等步骤；
  • 运行时数据区：方法区和堆是多线程共享，Java栈、本地方法栈、程序计数器是线程独享
  • 执行引擎：将字节码指令解释翻译成机器指令

2. Java 代码执行流程

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3. JVM 架构模型

Java编译器输入的指令流基本上是基于一种基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构是基于寄存器的指令集架构。两者区别：

  • 基于栈式架构的特点：
    1. 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
    2. 避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配；
    3. 指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器容易实现；
    4. 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台。
  • 基于寄存器
    1. 指令集架构完全依赖硬件，可移植性查；
    2. 性能优秀和执行更高效；
    3. 花费更少的指令去完成一项操作；
    4. 指令集往往都以一地址指令，二地址指令和三地址指令为主。

代码测试：

public class StackStructure {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 2;
        int b = 3;
        int c = a + b;
    }
}

编译后执行以下命令进行反编译：

javap -v StackStructure.class

输出部分如下：

public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: iconst_2
         1: istore_1
         2: iconst_3
         3: istore_2
         4: iload_1
         5: iload_2
         6: iadd
         7: istore_3
         8: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 2
        line 8: 4
        line 9: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;
            2       7     1     a   I
            4       5     2     b   I
            8       1     3     c   I

4. JVM 生命周期

  • 虚拟机的启动

    Java虚拟机的启动是通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类（initial class）来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

  • 虚拟机的执行

    一个运行中的Java虚拟机有一个清晰的任务：java程序的执行。程序开始执行时，JVM才开始运行，程序结束就停止；执行一个所谓的Java程序的时候，真正在执行的是一个叫做Java的虚拟机进程。

  • 虚拟机的退出

    有如下几种退出方式：

    1. 程序正常执行结束；
    2. 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止；
    3. 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止；
    4. 某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且java安全管理器也允许这次exit或halt操作；
    5. JNI(Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况。
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