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JVM（Java虚拟机）知识体系（更新中...）

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了JVM（Java虚拟机）知识体系（更新中...），小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含6621字，纯文字阅读大概需要10分钟。

内容图文

文章目录

一、认识JVM

1.JVM概述

JVM（Java虚拟机）是指软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。JVM是软件来模拟Java字节码的指令集，是Java程序的运行环境。
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2.JVM主要功能

  1. 通过ClassLoader寻找和装载class文件。
  2. 解释字节码成为指令并执行，提供class文件的运行环境。
  3. 进行运行期间的内存分配和垃圾回收。
  4. 提供与硬件的交互平台。

3.虚拟机是Java平台无关的保障

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4.JVM规范作用

  • JVM虚拟机规范为不同的硬件平台提供了一种编译Java技术代码的规范
  • 该规范使Java软件独立于平台，因为编译是针对作为虚拟机的“一般机器”而做
  • 这个机器可用软件模拟并运行于各种现存的计算机系统，也可以用硬件来实现

5.JVM规范定义的主要内容

  • 字节码指令集（相当于中央处理器CPU）
  • Class文件的格式
  • 数据类型和值
  • 运行时数据区
  • 栈帧
  • 特殊方法的实现
  • 类库
  • 异常
  • 虚拟机的启动、加载、链接和初始化
  • 虚拟机官方文档
  • 链接：Java8虚拟机规范.pdf
    提取码：b1nw

特殊方法：
<init>:实例初始化方法，通过JVM的invokespecial指令来调用
<clinit>: 类或接口的初始化方法，不包含参数，返回void
类库：
Java虚拟机必须要对一些Java类库提供支持，否则这些类根本无法实现，比如：反射、加载和创建类或接口，如ClassLoad、连接和初始化类和接口的类、底层安全比如security、多线程、若引用

6.Class字节码解释

（1）Class文件格式

Class文件是JVM的输入，Java虚拟机规范中定义了 Class 文件的结构。Class文件是JVM实现平台无关、技术无关的基础。

  • Class文件是一组以8字节为单位的字节流，各个数据项目按序紧凑排列
  • 对于占用空间大于8字节的数据项，按照高位在前的方式分割成多个8字节进行存储
  • Class文件格式里面只有两种类型：无符号数、表
    无符号数：基本数据类型，以u1、u2、u4、u8来代表几个字节的无符号数
    表：由多个无符号和其他表构成的符合数据类型，通常以 "_info"结尾

（2）Class文件格式说明

  • constant_pool_count：是从1开始的
  • 不同的常量类型，用tag来区分，它后面对应的 info 结构是不一样的
  • L表示对象，[ 表示数组、V表示void
  • stack：方法执行时，操作栈的深度
  • Locals：局部变量所需的储存空间，单位是 slot
  • slot是虚拟机为局部变量分配内存所使用的最小单位
  • args_size：参数个数，为1的话，因实例方法默认会传入 this，locals 也会预留一个slot来存放

7.ASM开发

  • ASM是一个Java字节码的操纵框架，它能被用来动态生成类或增强既有类的功能。
  • ASM可以直接产生二进制class文件，也可以在类被加载入虚拟机之前动态改变类行为，ASM从类文件中读取信息后，能够改变类行为，分析类信息，甚至根据类的要求产生新类。目前许多框架如 cglib、Spring 都直接或间接得使用ASM操作字节码。

（1）ASM编程模型

  • Core API：提供了基于事件形式的编程模型。该模型不需要一次性将整个类的结构读取到内存中，因此这种方式更快，需要的内存更少，但这种编程方式难度较大。
  • Tree API：提供了基于树型的编程模型。该模型需要一次性将一个类的完整结构全部读取到内存中，所以这种方法需要更多的内存，这种编程方式较简单。

（2）ASM的Core API

  • ASM Core ApI 中操纵字节码的功能基于 ClassVisitor 接口。这个接口中的每个方法对应了 class 文件中的每一项
  • ASM 提供了三个基于 ClassVisitor 接口的类来实现 class 文件的生成和转换
    ClassReader：ClassReader 解析一个类的 class 字节码
    ClassAdapter：ClassAdapter 是 ClassVisitor 的实现类，实现要变化的功能
    ClassWriter：ClassWriter 也是 ClassVisitro 的实现类，可以用来输出变化后的字节码
  • ASM 给我们提供了 ASMifier 工具来帮助开发，可使用ASMifier 工具生成 ASM 结构来对比

二、类加载、连接和初始化

1.概述

类从被加载到JVM开始，到卸载出内存，整个声生命周期如图：
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  • 加载：查找并加载类文件的二进制数据

  • 连接：将已经读入内存的类的二进制数据合并到JVM运行时环境中去，包含以下步骤：

    • 验证：确保被加载类的正确性；
    • 准备：为 类的 静态变量 分配内存，并初始化它们；
    • 解析：将常量池中的符号引用转换成直接引用。

  • 初始化：为类的静态变量赋初始值

2.类加载要完成的功能

  • 通过类的全限定名来获取该类的二进制字节流
  • 把二进制字节流转化为方法区的运行时数据结构
  • 在堆上创建一个 java.lang.Class 对象，用来封装类在方法区内的数据结构，并向外提供了访问方法区内数据结构的接口

3.加载类的方式

  • 最常见的方式：本地文件系统中加载、从jar等归档文件中加载
  • 动态的方式：将 java 源文件动态编译成 class
  • 其他方式：网络下载、从专有数据库中加载等等

4.类加载器

  • Java 虚拟机自带的加载器包括以下几种：
    • 启动类加载器（BootstrapClassLoader）
    • 平台类加载器（PlatformClassLoader） JDK8：扩展类加载器（ExtensionClassLoader）
    • 应用程序类加载器（AppClassLoader）
  • 用户自定义的加载器：是 java.lang.ClassLoader 的子类，用户可以定制类的加载方式；只不过自定义类加载器其加载的顺序是在所有系统类加载器的最后

5.类加载器的关系

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6.类加载器的说明

  • 启动类加载器：用于加载启动的基础模块类，比如：java.base、java.management、java.xmlden等等
  • 平台类加载器：用于加载一些平台相关的模块，比如：java.scripting、java.compiler、java.corba等等
  • 应用程序类加载器：用于加载应用级别的模块，比如：jak.compiler、jdk.jartool、jdk.jshell 等等；还加载 classpath 路径中的所有类库
public class ClassLoaderStudy {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str = "Hello Class Loader";
        System.out.println("str class loader == "+str.getClass().getClassLoader());
        Class driver = Class.forName("java.sql.Driver");
        System.out.println("driver class loader="+driver.getClassLoader().getParent());
        ClassLoaderStudy t = new ClassLoaderStudy();
        System.out.println("t class loader="+t.getClass().getClassLoader());
    }
}
  • JDK8：启动类加载器：负责将<JAVA_HOME>/lib，或者 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的，且是虚拟机识别的类库加载到内存中（按照名字识别，比如 rt.jar，对于不能识别的文件不予装载）
  • JDK8：扩展类加载器：负责加载 <JRE_HOME>/lib/ext，或者 java.ext.dirs 系统变量所指定路径中的所有类库
  • JDK8：应用程序类加载器：负责加载 classpath 路径中的所有类库
  • Java 程序不能直接引用启动类加载器，直接设置 classLoader 为 null，默认就使用启动类加载器
  • 类加载器并不需要等到某个类“首次主动使用”的时候才加载它，JVM规范允许类加载器在预料到某个类将要被使用的时候就预先加载它
  • 如果在加载的时候 .class 文件缺失，会在该类首次主动使用时报告 LinkageError 错误，如果一直没有被使用，就不会报错

7.双亲委派模型

  • JVM中的 ClassLoader 通常采用双亲委派模型，要求除了启动类加载器外，其余的类加载器都应该有自己的父级加载器。这里的父子关系是组合而不是继承，工作过程如下：
    • 一个类加载器接收到类加载请求后，首先搜索它的内建加载器定义的所有“具名模块”
    • 如果找到了合适的模块定义，将会使用该加载器来加载
    • 如果 class 没有在这些加载器定义的具名模块中找到，那么将委托给父级加载器，直到启动类加载器
    • 如果父级加载器反馈它不能完成加载请求，比如在它的搜索路径下找不到这个类，那子的类加载器才自己来加载
    • 在类路径下找到的类将成为这些加载器的无名模块
  • 双亲委派模型对于保证 Java 程序的稳定运作很重要，可以避免一个类被加载多次
  • 实现双亲委派的代码在 java.lang.ClassLoader 的 loadClass() 方法中，如果自定义类加载器的话，推荐覆盖实现 findClass() 方法
  • 如果有一个类加载器能加载某个类，称为 定义类加载器，所有能成功返回该类的 Class 的类加载器 都被称为初始类加载器

8.类连接和初始化

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的JVM（Java虚拟机）知识体系（更新中...）全部内容，希望文章能够帮你解决JVM（Java虚拟机）知识体系（更新中...）所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

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来源：【匿名】