Java-基础-05-JVM-1-综述1 JVM 的架构 1. 类加载器子系统（Class Loader Subsyst

1 JVM 的架构

1. 类加载器子系统（Class Loader Subsystem）

类加载器负责将 .class 文件中的 Java 字节码加载到 JVM 中，并将这些类文件解析为可以被 JVM 使用的格式。类加载器按需加载类，并且具有以下几种类型：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader） ：JVM 自带的加载器，负责加载核心 Java 类库（如 rt.jar）。
扩展类加载器（Extension ClassLoader） ：加载扩展的类库，例如 lib/ext 目录下的 JAR 文件。
应用程序类加载器（Application ClassLoader） ：加载用户编写的应用程序代码（即类路径上的类和库）。

2. 运行时数据区（Runtime Data Areas） JVM 的运行时数据区负责存储 Java 程序执行过程中使用的数据。它主要由以下几个部分组成：

方法区（Method Area） ：存储类信息、常量、静态变量和编译后的代码。方法区是线程共享的区域。
堆（Heap） ：堆是 JVM 中最大的内存区域，主要用于存储对象实例。堆内存是线程共享的，所有对象和数组都存储在堆中。
虚拟机栈（JVM Stack） ：每个线程有自己的栈，栈中存储了局部变量、方法调用链以及返回值。每个方法调用都会在栈中创建一个栈帧，用于存储该方法的执行状态。
本地方法栈（Native Method Stack） ：为使用本地方法服务，如 JNI 调用。与 JVM 栈类似，但专门用于调用本地方法。
程序计数器（PC Register） ：每个线程有自己的程序计数器，记录线程当前执行的指令地址。如果线程正在执行 Java 方法，则该计数器记录正在执行的字节码指令的地址。

3. 执行引擎（Execution Engine）

执行引擎是 JVM 的核心，它负责将字节码翻译为机器码并执行。执行引擎主要包括以下几个部分：

解释器（Interpreter） ：逐行解释和执行字节码。解释器执行速度较慢，但启动迅速，适用于需要快速启动的场景。
即时编译器（Just-In-Time Compiler, JIT） ：JIT 编译器通过将热点代码（频繁执行的代码）编译为本地机器码，提高执行效率。JVM 的 JIT 编译器会在程序运行时动态地进行优化。
垃圾收集器（Garbage Collector, GC） ：负责自动管理内存，回收不再使用的对象，防止内存泄漏。JVM 支持多种垃圾收集器，如串行收集器、并行收集器和 G1 垃圾收集器。

4. 本地方法接口（Native Interface）

本地方法接口（JNI）允许 JVM 调用平台特定的本地代码（通常是 C 或 C++ 代码），这对于系统级编程或调用系统 API 非常有用。

2 Java 代码执行

2.1 JVM 的工作流程

JVM 的工作流程如下：

加载和验证类：JVM 通过类加载器将 .class 文件加载到内存中，并进行验证，确保字节码的格式和结构是正确的。
执行字节码：JVM 通过解释器或 JIT 编译器执行字节码。如果代码是热点代码，JIT 编译器会将其编译为本地机器码，以提高性能。
内存管理：JVM 负责自动内存管理和垃圾回收。垃圾收集器会周期性地检查不再使用的对象，并回收这些对象的内存。
线程调度和同步：JVM 也负责线程的创建、调度和同步管理。它为多线程提供了一个安全的执行环境

2.2 JVM 、 JRE 、 JDK 的关系

JVM只是一个翻译，把Class翻译成机器识别的代码，但是需要注意，JVM 不会自己生成代码，需要大家编写代码，同时需要很多依赖类库，这个时候就需要用到JRE。 JRE是什么，它除了包含JVM之外，提供了很多的类库（就是我们说的jar包，它可以提供一些即插即用的功能，比如读取或者操作文件，连接网络，使用I/O等等之类的）这些东西就是JRE提供的基础类库。JVM 标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了Java 的运行时环境，也就是我们常说的 JRE （JavaRuntimeEnvironment）。但对于程序员来说，JRE还不够。我写完要编译代码，还需要调试代码，还需要打包代码、有时候还需要反编译代码。所以我们会使用JDK，因为JDK还提供了一些非常好用的小工具，比如 javac（编译代码）、java、jar（打包代码）、javap（反编译<反汇编>）等。 JVM的作用是：从软件层面屏蔽不同操作系统在底层硬件和指令的不同。这个就是我们在宏观方面对JVM的一个认识。同时 JVM 是一个虚拟化的操作系统，类似于 Linux 或者 Windows 的操作系统，只是它架在操作系统上，接收字节码也就是 class ，把字节码翻译成操作系统上的机器码且进行执行。

3 从跨平台到跨语言

跨平台：

我们写的一个类，在不同的操作系统上（Linux、Windows、MacOS等平台）执行，效果是一样，这个就是JVM的跨平台性。为了实现跨平台型，不同操作系统有对应的JDK的版本。www.oracle.com/java/techno…

跨语言（语言无关性）：

JVM只识别字节码，所以JVM其实跟语言是解耦的，也就是没有直接关联，JVM运行不是翻译Java文件，而是识别class文件，这个一般称之为字节码。还有像Groovy 、Kotlin、Scala等等语言，它们其实也是编译成字节码，所以它们也可以在JVM上面跑，这个就是JVM的跨语言特征。 Java 的跨语言性一定程度上奠定了非常强大的 java 语言生态圈。

4 Java 的发展历史

1995 年 5 月 23 日，Sun 公司正式发布了Java 语言和HotJava 浏览器； 1996 年 1 月，Sun公司发布了 Java的第一个开发工具包（JDK 1. 0 ）； 1996 年 4 月， 10 个最主要的操作系统供应商申明将在其产品中嵌入 Java 技术，发展可真是迅雷不及掩耳； 1996 年 9 月，大约 8. 3 万个网页应用了Java 技术来制作，这就是早年的互联网，即 JavaApplet，真香定律； 1996 年 10 月，Sun公司发布了 Java平台第一个即时编译器（JIT），这一年很不平凡； 1997 年 2 月 18 日，JDK 1. 1 面世，在随后的三周时间里，达到了 22 万次的下载量，PHP 甘拜下风； 1999 年 6 月，Sun公司发布了第二代Java 三大版本，即 J 2 SE、J 2 ME、J 2 EE，随之Java 2 版本发布； 2000 年 5 月 8 日，JDK 1. 3 发布，四年升三版，不算过分哈； 2000 年 5 月 29 日，JDK 1. 4 发布，获得Apple 公司 MacOS的工业标准支持； 2001 年 9 月 24 日，JavaEE 1. 3 发布，注意是EE，从此开始臃肿无比； 2002 年 2 月 26 日，J 2 SE 1. 4 发布，自此 Java的计算能力有了大幅度的提升，与 J 2 SE 1. 3 相比，多了近 62 %的类与接口； 2004 年 9 月 30 日 18 : 00 PM，J 2 SE 1. 5 发布， 1. 5 正式更名为JavaSE 5. 0 ； 2005 年 6 月，在JavaOne 大会上，Sun公司发布了JavaSE 6 ； 2009 年 4 月 20 日，Oracle 宣布收购 Sun，该交易的总价值约为 74 亿美元； 2010 年 Java 编程语言的创始人 JamesGosling从 Oracle 公司辞职，一朝天子一朝臣，国外也不例外； 2011 年 7 月 28 日，Oracle 公司终于发布了 Java 7 ，这次版本升级经过了将近 5 年时间； 2014 年 3 月 18 日，Oracle 公司发布了 Java 8 ，这次版本升级为 Java 带来了全新的 Lambda表达式。

2011年：Java 7 发布 Java 7 引入了一些新的语言特性和性能提升，包括：
- try-with-resources 语法，用于简化资源管理。
- Switch 支持字符串。
- Fork/Join 框架，用于并行编程。
2014年：Java 8 发布 Java 8 是 Java 语言历史上的一个重要里程碑，带来了众多现代编程语言的特性：
- Lambda 表达式：简化了函数式编程，使得处理集合和流操作变得更加容易。
- Streams API：提供了一种处理集合的函数式风格，使代码更简洁。
- 默认方法（Default Methods） ：允许接口中定义方法实现。
- 新的日期和时间 API：引入了更强大的时间和日期处理类（java.time）。
2017年：Java 9 发布 Java 9 引入了 模块系统（Project Jigsaw） ，使得开发者可以将应用程序拆分成更小的模块，提升了代码的组织性和安全性。
2018年：Java 的发布周期变为每 6 个月 Java 开始采用新的发布周期，每 6 个月发布一个新的主要版本。这使得新功能能够更快地进入开发者的手中，Java 语言和生态系统变得更加灵活和动态。
2018年：Java 11（LTS 版本） Java 11 是一个长期支持（LTS）版本，引入了新的特性，并去除了旧的特性（如 Applet）。它标志着 Oracle 提供 LTS 版本支持的开始，企业用户可以选择稳定的长期支持版本。
2021年：Java 17（LTS 版本） Java 17 是下一个 LTS 版本，继续简化语言并增强其性能。它引入了 sealed classes、pattern matching 和 records 等新特性。