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JVM 整体流程介绍

[日期:2019-08-05] 来源:cnblogs.com/studyMoreRich  作者:studyMoreRich [字体: ]
一、 JVM自身的物理结构
从图中可以看出 JVM 的主要组成部分
ClassLoader(类加载器),Runtime Data Area(运行时数据区,内存分区),Execution Engine(执行引擎),Native Method Library(本地库接口)
这四大组成部分可以用文字描述如下。JVM 是执行 Java 程序的虚拟计算机系统,然后我们来看看执行过程:首先需要准备编译好的 Java 字节码文件(即class文件),计算机要运行程序需要先通过 类加载器 将 class 文件加载到内存中,即 运行时数据区,但是字节码文件是JVM定义的一套指令集规范,并不能直接交给底层操作系统去执行,因此需要特定的命令解释器,也就是 执行引擎 将字节码翻译成特定的操作系统指令集交给 CPU 去执行,这个过程中会需要调用到一些不同语言为 Java 提供的接口(例如驱动、地图制作等),这就用到了本地 Native 接口(本地库接口)。

1 ClassLoader

ClassLoader 负责加载字节码文件即 class 文件,class 文件在文件开头有特定的文件标示,并且 ClassLoader 只负责class 文件的加载,至于它是否可以运行,则由 Execution Engine 决定。

2 Runtime Data Area

Runtime Data Area 是存放数据的,分为五部分:Stack(虚拟机栈),Heap(堆),Method Area(方法区),PC Register(程序计数器),Native Method Stack(本地方法栈)。几乎所有的关于 Java 内存方面的问题,都是集中在这块。

3 Execution Engine

执行引擎,也叫 Interpreter。Class 文件被加载后,会把指令和数据信息放入内存中,Execution Engine 则负责把这些命令解释给操作系统,即将 JVM 指令集翻译为操作系统指令集。

4 Native Interface

负责调用本地接口的。他的作用是调用不同语言的接口给 JAVA 用,他会在 Native Method Stack 中记录对应的本地方法,然后调用该方法时就通过 Execution Engine 加载对应的本地 lib。原本多用于一些专业领域,如JAVA驱动,地图制作引擎等,现在关于这种本地方法接口的调用已经被类似于Socket通信,WebService等方式取代。
执行引擎及本地方法接口不过多进行介绍,我们重点关注其余两个部分:
  1. ClassLoader : 类加载器相关知识点,包括类的双亲委派加载机制,加载过程等。
  2. Runtime Data Area : JVM 内存管理相关知识点,包括内存划分、常用设置、JVM 调优、垃圾回收及常见内存溢出问题的排查解决等。
二、Java 代码编译直到执行的整个流程
1.Java源码编译机制
Java 源码编译是由 Java 源码编译器来完成的。Java 源码编译由以下三个过程组成:
  • 分析和输入到符号表
  • 注解处理
  • 语义分析和生成class文件
流程图如下所示:
最后生成的class文件由以下部分组成:
 
    结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
    元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
    方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息
2.类加载机制
 
JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的,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ClassLoader
 
加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。
 
3.类执行机制
 
JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后,都会产生程序计数器(PC)和栈(Stack),程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量,栈中存放一个个栈帧,每个栈帧对应着每个方法的每次调用,而栈帧主要有局部变量区和操作数栈两部分,局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数,操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。栈的结构如下图所示:
 
 4.Java 字节码执行
Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成,流程图如下所示:
linux
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