如何深度解析JVM，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

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首先這里澄清兩個概念：JVM實例和JVM執(zhí)行引擎實例，JVM實例對應(yīng)了一個獨立運行的Java程序，而JVM執(zhí)行引擎實例則對應(yīng)了屬于用戶運行程序的線程；也就是JVM實例是進程級別，而執(zhí)行引擎是線程級別的。

JVM是什么？—JVM的生命周期

JVM實例的誕生：當啟動一個Java程序時，一個JVM實例就產(chǎn)生了，任何一個擁有publicstaticvoidmain(String[]args)函數(shù)的class都可以作為JVM實例運行的起點，既然如此，那么JVM如何知道是運行classA的main而不是運行classB的main呢？這就需要顯式的告訴JVM類名，也就是我們平時運行Java程序命令的由來，如JavaclassAhelloworld,這里Java是告訴os運行SunJava2SDK的Java虛擬機，而classA則指出了運行JVM所需要的類名。

JVM實例的運行：main（）作為該程序初始線程的起點，任何其他線程均由該線程啟動。JVM內(nèi)部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main（）屬于非守護線程，守護線程通常由JVM自己使用，Java程序也可以標明自己創(chuàng)建的線程是守護線程。JVM實例的消亡：當程序中的所有非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出。

JVM是什么？—JVM的體系結(jié)構(gòu)

粗略分來，JVM的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)分為三部分，分別是：類裝載器（ClassLoader）子系統(tǒng)，運行時數(shù)據(jù)區(qū)，和執(zhí)行引擎。下面將先介紹類裝載器，然后是執(zhí)行引擎，***是運行時數(shù)據(jù)區(qū)

1、類裝載器，顧名思義，就是用來裝載.class文件的。JVM的兩種類裝載器包括：啟動類裝載器和用戶自定義類裝載器，啟動類裝載器是JVM實現(xiàn)的一部分，用戶自定義類裝載器則是Java程序的一部分，必須是ClassLoader類的子類。（下面所述情況是針對SunJDK1.2）

動類裝載器：只在系統(tǒng)類(JavaAPI的類文件)的安裝路徑查找要裝入的類

用戶自定義類裝載器：

系統(tǒng)類裝載器：在JVM啟動時創(chuàng)建，用來在CLASSPATH目錄下查找要裝入的類其他用戶自定義類裝載器：這里有必要先說一下ClassLoader類的幾個方法，了解它們對于了解自定義類裝載器如何裝載.class文件至關(guān)重要。

protectedfinalClassdefineClass(Stringname,bytedata[],intoffset,intlength) protectedfinalClassdefineClass(Stringname,bytedata[],intoffset,intlength,ProtectionDomainprotectionDomain);protectedfinalClassfindSystemClass(Stringname) protectedfinalvoidresolveClass(Classc)

defineClass用來將二進制class文件（新類型）導(dǎo)入到方法區(qū),也就是這里指的類是用戶自定義的類（也就是負責裝載類）

findSystemClass通過類型的全限定名，先通過系統(tǒng)類裝載器或者啟動類裝載器來裝載，并返回Class對象。

ResolveClass:讓類裝載器進行連接動作（包括驗證，分配內(nèi)存初始化，將類型中的符號引用解析為直接引用），這里涉及到Java命名空間的問題，JVM保證被一個類裝載器裝載的類所引用的所有類都被這個類裝載器裝載，同一個類裝載器裝載的類之間可以相互訪問，但是不同類裝載器裝載的類看不見對方，從而實現(xiàn)了有效的屏蔽。

2、執(zhí)行引擎：它或者在執(zhí)行字節(jié)碼，或者執(zhí)行本地方法

要說執(zhí)行引擎，就不得不的指令集，每一條指令包含一個單字節(jié)的操作碼，后面跟0個或者多個操作數(shù)。

（一）指令集以棧為設(shè)計中心，而非以寄存器為中心這種指令集設(shè)計如何滿足Java體系的要求：

平臺無關(guān)性：以棧為中心使得在只有很少register的機器上實現(xiàn)Java更便利compiler一般采用stack向連接優(yōu)化器傳遞編譯的中間結(jié)果，若指令集以stack為基礎(chǔ)，則有利于運行時進行的優(yōu)化工作與執(zhí)行即時編譯或者自適應(yīng)優(yōu)化的執(zhí)行引擎結(jié)合，通俗的說就是使編譯和運行用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，更有利于優(yōu)化的開展。

網(wǎng)絡(luò)移動性：class文件的緊湊性。

安全性：指令集中絕大部分操作碼都指明了操作的類型。（在裝載的時候使用數(shù)據(jù)流分析期進行一次性驗證，而非在執(zhí)行每條指令的時候進行驗證，有利于提高執(zhí)行速度）。

（二）執(zhí)行技術(shù)

主要的執(zhí)行技術(shù)有:解釋，即時編譯，自適應(yīng)優(yōu)化、芯片級直接執(zhí)行其中解釋屬于***代JVM，即時編譯JIT屬于第二代JVM，自適應(yīng)優(yōu)化（目前Sun的HotspotJVM采用這種技術(shù)）則吸取***代JVM和第二代JVM的經(jīng)驗，采用兩者結(jié)合的方式

自適應(yīng)優(yōu)化：開始對所有的代碼都采取解釋執(zhí)行的方式，并監(jiān)視代碼執(zhí)行情況，然后對那些經(jīng)常調(diào)用的方法啟動一個后臺線程，將其編譯為本地代碼，并進行仔細優(yōu)化。若方法不再頻繁使用，則取消編譯過的代碼，仍對其進行解釋執(zhí)行。

3、運行時數(shù)據(jù)區(qū)：主要包括：方法區(qū)，堆，Java棧，PC寄存器，本地方法棧

（1）方法區(qū)和堆由所有線程共享

堆：存放所有程序在運行時創(chuàng)建的對象

方法區(qū)：當JVM的類裝載器加載.class文件，并進行解析，把解析的類型信息放入方法區(qū)。

（2）Java棧和PC寄存器由線程獨享，在新線程創(chuàng)建時間里

（3）本地方法棧：存儲本地方法調(diào)用的狀態(tài)

上邊總體介紹了運行時數(shù)據(jù)區(qū)的主要內(nèi)容，下邊進行詳細介紹，要介紹數(shù)據(jù)區(qū)，就不得不說明JVM中的數(shù)據(jù)類型。

JVM中的數(shù)據(jù)類型：JVM中基本的數(shù)據(jù)單元是word,而word的長度由JVM具體的實現(xiàn)者來決定

數(shù)據(jù)類型包括基本類型和引用類型，

（1）基本類型包括：數(shù)值類型(包括除boolean外的所有的Java基本數(shù)據(jù)類型)，boolean（在JVM中使用int來表示，0表示false，其他int值均表示true）和returnAddress（JVM的內(nèi)部類型，用來實現(xiàn)finally子句）。

（2）引用類型包括：數(shù)組類型，類類型，接口類型

前邊講述了JVM中數(shù)據(jù)的表示，下面讓我們輸入到JVM的數(shù)據(jù)區(qū)

首先來看方法區(qū)：

上邊已經(jīng)提到，方法區(qū)主要用來存儲JVM從class文件中提取的類型信息，那么類型信息是如何存儲的呢？眾所周知，Java使用的是大端序（big?endian:即低字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲在高位內(nèi)存上，如對于1234，12是高位數(shù)據(jù)，34為低位數(shù)據(jù)，則Java中的存儲格式應(yīng)該為12存在內(nèi)存的低地址，34存在內(nèi)存的高地址，x86中的存儲格式與之相反）來存儲數(shù)據(jù)，這實際上是在class文件中數(shù)據(jù)的存儲格式，但是當數(shù)據(jù)倒入到方法區(qū)中時，JVM可以以任何方式來存儲它。

類型信息：包括class的全限定名，class的直接父類，類類型還是接口類型，類的修飾符（public,等），所有直接父接口的列表，Class對象提供了訪問這些信息的窗口（可通過Class.forName(“”)或instance.getClass()獲得），下面是Class的方法，相信大家看了會恍然大悟，（原來如此J）

getName(),getSuperClass(),isInterface(),getInterfaces(),getClassLoader();

static變量作為類型信息的一部分保存

指向ClassLoader類的引用：在動態(tài)連接時裝載該類中引用的其他類

指向Class類的引用：必然的，上邊已述

該類型的常量池：包括直接常量（String，integer和floatpoint常量）以及對其他類型、字段和方法的符號引用（注意：這里的常量池并不是普通意義上的存儲常量的地方，這些符號引用可能是我們在編程中所接觸到的變量），由于這些符號引用，使得常量池成為Java程序動態(tài)連接中至關(guān)重要的部分

字段信息：普通意義上的類型中聲明的字段

方法信息：類型中各個方法的信息

編譯期常量：指用final聲明或者用編譯時已知的值初始化的類變量

class將所有的常量復(fù)制至其常量池或者其字節(jié)碼流中。

方法表：一個數(shù)組，包括所有它的實例可能調(diào)用的實例方法的直接引用（包括從父類中繼承來的）

除此之外，若某個類不是抽象和本地的，還要保存方法的字節(jié)碼，操作數(shù)棧和該方法的棧幀，異常表。

舉例：

classLava{ privateintspeed=5; voidflow(){} classVolcano{ publicstaticvoidmain(String[]args){ Lavalava=newLava(); lava.flow(); } }

運行命令JavaVolcano;

（1）JVM找到Volcano.class倒入，并提取相應(yīng)的類型信息到方法區(qū)。通過執(zhí)行方法區(qū)中的字節(jié)碼，JVM執(zhí)行main（）方法，（執(zhí)行時會一直保存指向Vocano類的常量池的指針）

（2）Main（）中***條指令告訴JVM需為列在常量池***項的類分配內(nèi)存（此處再次說明了常量池并非只存儲常量信息），然后JVM找到常量池的***項，發(fā)現(xiàn)是對Lava類的符號引用，則檢查方法區(qū)，看Lava類是否裝載，結(jié)果是還未裝載，則查找“Lava.class”,將類型信息寫入方法區(qū)，并將方法區(qū)Lava類信息的指針來替換Volcano原常量池中的符號引用，即用直接引用來替換符號引用。

（3）JVM看到new關(guān)鍵字，準備為Lava分配內(nèi)存，根據(jù)Volcano的常量池的***項找到Lava在方法區(qū)的位置，并分析需要多少對空間，確定后，在堆上分配空間，并將speed變量初始為0，并將lava對象的引用壓到棧中

（4）調(diào)用lava的flow（）方法

好了，大致了解了方法區(qū)的內(nèi)容后，讓我們來看看堆

Java對象的堆實現(xiàn)：

Java對象主要由實例變量（包括自己所屬的類和其父類聲明的）以及指向方法區(qū)中類數(shù)據(jù)的指針，指向方法表的指針，對象鎖（非必需），等待集合（非必需），GC相關(guān)的數(shù)據(jù)（非必需）（主要視GC算法而定，如對于標記并清除算法，需要標記對象是否被引用，以及是否已調(diào)用finalize（）方法）。

那么為什么Java對象中要有指向類數(shù)據(jù)的指針呢？我們從幾個方面來考慮

首先：當程序中將一個對象引用轉(zhuǎn)為另一個類型時，如何檢查轉(zhuǎn)換是否允許？需用到類數(shù)據(jù)

其次：動態(tài)綁定時，并不是需要引用類型，而是需要運行時類型，

這里的迷惑是：為什么類數(shù)據(jù)中保存的是實際類型，而非引用類型？這個問題先留下來，我想在后續(xù)的讀書筆記中應(yīng)該能明白

指向方法表的指針：這里和C++的VTBL是類似的，有利于提高方法調(diào)用的效率

對象鎖：用來實現(xiàn)多個線程對共享數(shù)據(jù)的互斥訪問

等待集合：用來讓多個線程為完成共同目標而協(xié)調(diào)功過。（注意Object類中的wait(),notify(),notifyAll()方法）。

Java數(shù)組的堆實現(xiàn)：數(shù)組也擁有一個和他們的類相關(guān)聯(lián)的Class實例，具有相同dimension和type的數(shù)組是同一個類的實例。數(shù)組類名的表示：如[[LJava/lang/Object表示Object[][]，[I表示int[]，[[[B表示byte[][][]

至此，堆已大致介紹完畢，下面來介紹程序計數(shù)器和Java棧

程序計數(shù)器：為每個線程獨有，在線程啟動時創(chuàng)建，

若thread執(zhí)行Java方法，則PC保存下一條執(zhí)行指令的地址。

若thread執(zhí)行native方法，則Pc的值為undefined

Java棧：Java棧以幀為單位保存線程的運行狀態(tài)，Java棧只有兩種操作，幀的壓棧和出棧。

每個幀代表一個方法，Java方法有兩種返回方式，return和拋出異常，兩種方式都會導(dǎo)致該方法對應(yīng)的幀出棧和釋放內(nèi)存。

幀的組成：局部變量區(qū)（包括方法參數(shù)和局部變量，對于instance方法，還要首先保存this類型，其中方法參數(shù)按照聲明順序嚴格放置，局部變量可以任意放置），操作數(shù)棧，幀數(shù)據(jù)區(qū)（用來幫助支持常量池的解析，正常方法返回和異常處理）。

本地方法棧：依賴于本地方法的實現(xiàn)，如某個JVM實現(xiàn)的本地方法借口使用C連接模型，則本地方法棧就是C棧，可以說某線程在調(diào)用本地方法時，就進入了一個不受JVM限制的領(lǐng)域，也就是JVM可以利用本地方法來動態(tài)擴展本身。

相信大家都明白JVM是什么了吧。

看完上述內(nèi)容，你們掌握如何深度解析JVM的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！