2023.9.1 简单认识 JVM

目录

JVM 内存划分

本地方法栈

虚拟机栈

程序计数器

堆区

元数据区

JVM 类加载机制

加载

验证

准备

解析

初始化

类被加载的几种情况（懒汉模式 ---> 只要被用到才会被加载）

双亲委派模型

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JVM 内存划分

• JVM 是一个应用程序，在它启动的时，需要从操作系统中申请内存一部分内存区域！
• 每个 JVM 就是一个 Java 进程

划分图：

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本地方法栈

• 本地则表示 JVM 内部的 C++ 代码，就是给调用本地方法（JVM 内部的方法）所准备的栈空间

虚拟机栈

• 给 Java 代码使用的栈空间，用来存储局部变量、方法参数、返回值 等

注意：

• 此处的栈跟数据结构中的栈不是同一个东西
• 数据结构的栈是一个通用的，更广泛的概念，此处的栈特指 JVM 中的一个特定空间
• 本地方法栈 存储本地方法之间的调用关系
• 虚拟机栈 存储方法之间的调用关系
• 整个栈空间包含多个栈帧，每个栈帧表示一个方法，其中包含方法的入口地址、参数、返回地址、局部变量等
• 每个线程都有自己独立的栈

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程序计数器

• 存储当前线程执行的字节码指令地址，记录当前线程执行到哪个指令，每个线程都有自己独立的程序计数器

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堆区

• 堆是 JVM 中最大的一块内存区域，用于存储对象实例和数组，一个进程只有一份，被所有线程共享，通过垃圾回收来管理内存的分配与释放

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元数据区

• 用来存储类的信息、常量、静态变量、静态成员 等 

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总结：

• 局部变量在栈上
• 普通成员变量在堆上
• 静态成员变量在元数据区上

JVM 类加载机制

• 指将类的字节码（.class文件）加载到内存中（元数据区），并在运行时将其转换为可执行的 Java 类

机制图：

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加载

• 通过类加载器，根据类的名字查找相对应的字节码文件，把类的字节码数据（.class文件）加载到 JVM 中并转化为其内部的数据结构

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验证

• 验证阶段 JVM 检查字节码的格式、语义、安全性等方面的问题，以确保被加载的字节码符合 JVM 规范的过程

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准备

• 准备阶段 JVM 为类的静态变量（static修饰的变量）分配内存空间，并根据其类型设置如 0 、false、null 这样的默认初始值

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解析

• 解析阶段是将常量池中的 符号引用（类、方法、字段等符号） 替换为 直接引用（指向实际内存地址的指针） 的过程，也就是初始化常量的过程

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初始化

• 初始化阶段是执行类的初始化代码的过程，JVM 会按照代码顺序执行类的静态初始化块和静态变量的赋值操作

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类被加载的几种情况（懒汉模式 ---> 只要被用到才会被加载）

• 构造类的实例
• 调用这个类的静态方法、使用这个类的静态属性
• 加载子类，便会加载其父类
• 该类一旦被加载过，后续再使用便不会重复加载

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双亲委派模型

• 属于 Java 类加载机制中的一种设计模式，描述的是加载阶段，寻找 .class 文件的基本过程
• 默认提供了三个类加载器

Bootdtrsp Class Loader	Extension Class Loader	Application Class Loader
加载标准库中的类	加载 JVM 拓展库中的类	加载用户提供的第三方库、用户项目代码 中的类

• 上述三个类加载器存在父子关系 ，子 类加载器上有一个 parent 属性指向其父 类加载器

具体类加载过程：

• 当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先检查是否已经加载过这个类。如果已经加载过，则直接返回该类的 Class 对象

• 如果类没有被加载过，那么该类加载器会将加载任务委派给父加载器去完成

• 父加载器会按照相同的规则进行加载，即首先检查是否已经加载过该类，如果加载过则返回 Class对象，否则继续委派给它的父加载器

• 这个过程一直往上委派，直到达到顶层的启动类加载器（Bootdtrsp Class Loader）。启动类加载器是 JVM 的一部分，它负责加载 Java 的标准库

• 如果顶层的启动类加载器无法加载类，那么其子加载器会尝试自己加载类，它会通过自己的类路径搜索字节码文件，并将字节码转换为 Class 对象

例图：（加载 java.lang 类）

• 这个加载顺序的主要目的是为了让 Bootdtrsp Class Loader 启动类能够先加载，Application Class Loader 启动类后加载。因为这样可以避免用户创建一些奇怪的类，引起不必要的 bug（用户自己写的类与标准库中的类重名）

双亲委派模型的优点：

• 避免重复加载：每个类加载器都会缓存已加载的类，避免了同一个类被多次加载的情况

• 安全性：通过双亲委派模型，核心类库由启动类加载器加载，这样可以保证核心类库的安全性，防止恶意代码替换核心类

• 一致性：相同的类在不同的类加载器中只会存在一个实例，保证了类的一致性

• 可扩展性：开发者可以通过自定义类加载器并继承现有的加载器，实现特定的类加载行为，从而实现动态的类加载和扩展