我的JVM学习笔记：第一章——JVM概述

我的JVM学习笔记：第一章——JVM概述

感谢尚硅谷宋红康老师的JVM入门到精通课程，向每一个用心做免费教课程的老师致敬！
本套教程均为我学习课程之后的学习笔记，防止遗忘，并发送给大家分享，感谢大家查看~

一.、JVM概念

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译，一个字节码文件可以直接跨平台运行。

本质上说：
Java编译程序，并不是将源代码直接编译为机器指令，而是编译为Java虚拟机可以识别的字节码文件，JVM直接按照字节码文件中的命令依次执行！所有平台的JVM虚拟机都执行统一规范，所以编程时病不需要考虑操作系统，因为字节码文件并不直接作用于（执行在）操作系统，而是被JVM识别，由JVM对操作系统进行操作！
举个例子：

• 以前有个经理叫C语言。 经理只会操作一种类型的机器（C语言直接编译成机器指令）。
• 这个时候，假如说工厂需要临时使用经一套设备，经理就需要重新学习（到新的平台重新编译）。 而这个时候名为Java的经理出现了
• 这个经理很聪明，雇佣了一个技术工程师，这个工程师可以同时操作所有机器。
• 这样，经理有什么命令，就直接下达给工程师，而不直接操作机器，工程师接到经理的命令，在机器上进行操作！
• 虽然此时，完成同样的工作多了一个操作员，但经理可以什么都不会，只要可以对工程师下命令就可以了，工厂更换新设备时，不需要经理亲自学习！

二、 Java和 JVM的关系

• Java：Java是一门编程语言，由Java编写的代码会被编译器翻译为.class后缀的字节码文件，字节码文件需要符合JVM规范，由Java虚拟机执行。
• JVM：用来执行字节码文件，但是并不是只有Java的字节码文件可以被执行。 只要符合JVM规范的字节码文件都可以被JVM所执行，所以也可以使用其他的编程语言进行代码编写，只要编译器将源码编译成符合JVM规范的的字节码文件，就可以使用JVM来运行！
  总结来说：
  Java是跨平台的序言，JVM是跨语言的平台，JVM并不只可以执行Java代码编译的字节码，这也为多语言混合编程成为可能性！
  

三、JVM整体结构

3.1、JVM版本概述
Java有很多版本的虚拟机，目前我们使用最多的JDK是JDK8，默认使用的是HotSpot虚拟机。Hotspot虚拟机也是目前最常用的Java虚拟机，本笔记讲述的就是HotSpot虚拟机！
 查看JVM版本命令：

java –version

注意：并不是所有的虚拟机都是此结构，此笔记只针对于HotSpot虚拟机

3.2、Java程序执行流程

可以由此图得知：

1. 编写Java代码，生成.java格式的文件
2. 编译器在进行分析后，生成符合规范的.class的字节码文件
3. 字节码由被JVM的类加载子系统读取，校验，如果符合国凡，则由执行引擎进行执行
4. 执行引擎根据字节码文件操作操作系统

3.3、JVM的位置

JVM是运行在操作系统之上的，与硬件没有直接交互。

3.4、JVM的结构
类加载子系统：
将字节码文件读取到运行时数据区，生成Class对象，其中读取过程大体有：加载、链接、初始化。
在笔记此章节不重点讲述，第二章（类加载子系统）章节中会详细描述

运行输数据区
类加载子系统读取.class字节码文件后，会加载到运行时数据区，其中包含方法区、堆、Java栈（虚拟机栈）、本地方法栈，程序计数器5部分组成。其中方法区和堆区（红色部分）是由整个进行所共有，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器（灰色部分）由线程独有！
其中：GC（垃圾回收）就是发生在运行输数据区中的堆区
在笔记此章节不重点讲述，第二章（运行时数据区）章节中会详细描述
执行引擎
由于操作系统并不能直接运行字节码文件，所以必须交由执行引擎进行执行，其中包含解释器（解释执行字节码文件）、JIT即时编译器（将热点代码直接编译为机器指令，加快运行速度），垃圾回收器。

四、 JVM架构模型

目前的指令流有两种指令集架构，一种是基于栈的指令集架构，另一种是基于寄存器的指令集架构。而JVM采用的几乎都是基于栈的指令集架构，因为这种架构不具体依赖硬件，能有很好的可移植性。
基于栈的虚拟机：

• 设计和实现更简单，编译更容易，指令集更少，执行时只需要入栈和出栈，但是完成相同操作时的指令更多，适用于资源受限的系统。
• 避开了寄存器分配的问题，使用零地址指令分配（直接操作数据，操作时不实用地址），执行过程依赖于操作栈，编译器更容易实现。
• 不需要硬件支持，更好的跨平台性。

基于寄存器的虚拟机：

• 性能更加优秀，花费更少的时间执行相同指令，完成相同操作使用的指令更少，但是指令集也相对更大
• 指令级架构依赖于硬件支持，可移植性比较差
• 大部分情况下，使用一地址指令和二地址指令等，而栈使用的大多是零地址执行

区别举例：
反编译Java代码的命令：

javap –v *.class

同样执行2+3的操作，基于栈的指令有8条，而基于寄存器的指令只有两条

• 基于栈的计算步骤（以Java虚拟机为例）：
  

• 基于寄存器的计算步骤：
  
  那么在此提出问题问题：

• 目前嵌入式环境已经不是Java的主流环境，为什么不讲Java虚拟机更换为基于寄存器的架构呢？

    基于栈的操作更简单，只需要将栈贞进行入栈和出栈的操作即可，实现更简单。
    并且，非自愿受限的环境中也可以使用。还做到了更好的跨平台性。
    所以，目前暂时没必要更换！
  

五、JVM的生命周期

JVM随进程的启动而启动，一个Java程序运行，就启动了一个Java虚拟机，当这个程序运行结束，Java虚拟机就会运行消亡，每运行一个Java程序都会运行一个JVM！
所以，Java程序执行时，真正执行的是一个叫Java虚拟机的进程！
在笔记此章节不重点讲述，第二章（类加载子系统）章节中会详细描述
JVM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。
也就是说：JVM执行时启动，创建引导类加载器，引导类加载器会将使用到的类加载到运行时数据区，并且会配置JVM使用的参数，之后JVM会自动执行程序中的main方法。
也可以说：伴随进程启动、伴随启动类的Main方法而启动。
JVM的运行
只有此进程中有非守护线程执行（Main方法所启动的线程，用户启动的线程），JVM就会一直执行。
JVM的退出
Java程序运行结束，也就是程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出。
有几种情况：

• Java程序程序运行结束，JVM会退出。
• 程序运行时发生了非处理异常，JVM会退出。
• 调用了exit等方法，JVM会退出。

这是第一章的内容，全部是JVM的一个简单认识，不久就会更新第二章，感谢大家观看~