JVM运行机制(非原创)
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