JVM运行机制
文章大纲
- jvm基本概念
- jvm的体系结构
- jvm启动流程
一、jvm基本概念
- java虚拟机(jvm)是可运行java代码的假想计算机
- java虚拟机包括类加载器、一组寄存器、方法区、一个垃圾回收堆、直接内存、一个栈、和一个存储方法域、pc寄存器等
- java编译、运行流程如下：java源文件—->编译器—->字节码文件—->jvm—->机器码
二、jvm的体系结构
jvm的体系结构如下图：
类加载器
类加载器子系统就是通常我们所说的classloader类加载器，我们会通过classloader加载到jvm的内存中去。
类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：
1.bootstrap classloader
负责加载$java_home中jre/lib/rt.jar里所有的class，由c++实现，不是classloader子类
2.extension classloader
负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$java_home中jre/lib/*.jar或-djava.ext.dirs指定目录下的jar包
3.app classloader
负责记载classpath中指定的jar包及目录中class
4.custom classloader
属于应用程序根据自身需要自定义的classloader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现
方法区
方法区是用来保存类的原信息。用来描述类的信息，包括类型常量池，字段方法信息，方法字节码。在jdk6的时候字符串常量是放在方法区中，但是jdk7的时候就已经移到了堆中。所以从这方面来说方法区，堆中到底保存的是什么信息和jdk的版本有很大的关系。从一般意义上来说我们的方法区就是保存一些类的原信息。方法区通常和永久区（perm）关联在一起，保存一些相对稳定的数据。
java堆
java堆是和应用程序关系最密切的内存空间，几乎所有对象都存放在其中，并且java堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显式的释放。
根据垃圾回收机制不同，java堆可能有不同的结构。最为常见的就是将整个java堆分为新生代和老年代。其中新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。
新生代分为eden区、s0区、s1区，s0和s1也被称为from和to区域，它们是两块大小相等并且可以互换角色的空间。(复制算法)
绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在新生代回收后，如果对象还存活，则会进入s0或者s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活，则它的年龄就加1，当对象达到一定年龄后，则进入老年代。
直接内存
java的nio库允许java程序直接使用内存从而提高性能，通常直接内存速度会优于java堆。读写频繁的场合可能会考虑使用。
java栈
java栈是一个线程私有的内存空间，一个栈一般由三个部分组成：局部变量表，操作数栈和帧数据区。
局部变量表：用于保存函数的参数及局部变量。
操作数栈：主要保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
帧数据区：除局部变量表和操作数栈，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里帧数据区保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池。另外，当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须有一个异常处理表，方便发送异常的时候找到异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。
本地方法栈
和java栈类似，最大的不同是本地方法栈用于本地方法调用。java虚拟机允许java直接调用本地方法。(通常使用c编写),垃圾收集系统是java的核心，也是必不可少的，java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无序手工清理。
pc寄存器
java虚拟机会为每个线程创建pc寄存器，在任何时刻，一个java线程总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，pc寄存器会指向当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则pc寄存器值为undefined，寄存器存放如当前执行环境指针，程序计数器，操作栈指针，计算的变量指针等信息。
垃圾回收机制
1.标记－清除收集器
这种收集器首先遍历对象图并标记可到达的对象，然后扫描堆栈以寻找未标记对象并释放它们的内存。这种收集器一般使用单线程工作并停止其他操作。
2.标记－压缩收集器
有时也叫标记－清除－压缩收集器，与标记－清除收集器有相同的标记阶段。在第二阶段，则把标记对象复制到堆栈的新域中以便压缩堆栈。这种收集器也停止其他操作。
3.复制收集器
这种收集器将堆栈分为两个域，常称为半空间。每次仅使用一半的空间，jvm生成的新对象则放在另一半空间中。gc运行时，它把可到达对象复制到另一半空间，从而压缩了堆栈。这种方法适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。
4.增量收集器
增量收集器把堆栈分为多个域，每次仅从一个域收集垃圾。这会造成较小的应用程序中断。
5.分代收集器
这种收集器把堆栈分为两个或多个域，用以存放不同寿命的对象。jvm生成的新对象一般放在其中的某个域中。过一段时间，继续存在的对象将获得使用期并转入更长寿命的域中。分代收集器对不同的域使用不同的算法以优化性能。
三、jvm启动流程
1.java虚拟机启动的命令是通过java +xxx(类名，这个类中要有main方法)或者javaw启动的。
2.执行命令后，系统第一步做的就是装载配置，会在当前路径中寻找jvm的config配置文件。
3.找到jvm的config配置文件之后会去定位jvm.dll这个文件。这个文件就是java虚拟机的主要实现。
4.当找到匹配当前版本的jvm.dll文件后，就会使用这个dll去初始化jvm虚拟机。获得相关的接口。之后找到main方法开始运行。
上面这个过程的描述虽然比较简单，但是jvm的启动流程基本都已经涵盖在里面了。
参考文章