JVM--心得概念，jvm--心得

JVM--心得概念，jvm--心得

最近抽空重新溫習一下JVM的概念，現在把心得記錄一下。

第一部分：根據學習抽象出一個JVM的概念圖，描述各個主要組件的構成和基本作用。

 

第二部分：根據結構圖，對內容進行說明。

1）--JVM的概念
JVM是JAVA VIRTUAL MACHINE的縮寫，它是一個虛擬電腦裝置。
一般的進階語言要想在不同的平台上運行，那麼首先要編譯成平台識別的編譯語言。
java具有跨平台性，其中的核心特點就是使用了JVM。
使用了JVM之後，java只需要編譯成JVM中識別的位元組碼就可以了，然後JVM會根據運行平台，把位元組碼轉換為平台識別的電腦指令。
一次編譯，到處執行。

2）資料類型
2.1基礎資料型別 (Elementary Data Type)，資料類型及位元組數。
1-----------2-----------4-----------8
byte       short       int          long
              char       float       double
上述7種資料類型不需要硬體標記，操作這些資料時位元組碼本身已經給出了操作類型，例如：fadd，iadd，dadd

2.2其他類型
4位元組：object類型，盛放對其他JavaObject的引用。
注意：數群組類型會被當做Object類型處理。所有的資料都應該遵守資料類型規則。否則jvm會拒絕執行位元組碼。

3）組件
為了實現跨平台的特性，JVM設計出組件標準，支撐虛擬電腦模型。
1.JVM指令系統
2.JVM寄存器
3.JVM棧結構
4.JVM片段回收堆
5.JVM儲存區-常量池
6.JVM儲存區-方法區

4）原理
JVM是Java的基礎和核心，是JAVA編譯器同作業系統及硬體平台之間的中介層，是一個抽象的電腦。
java編譯器產生JVM識別的位元組碼，JVM根據位元組碼產生作業系統的機器碼，在對應的平台上執行。
對於JAVA的程式來說，JVM是一個程式運行容器，對於作業系統而言JVM是一個進程。
4.1）執行過程--JVM初始化作業
程式執行時，首先調用JAVA.exe(java.exe是一個外殼，其實內部發生核心作用的時JVM.dll)
java_md.c,java.c兩個檔案調用jvm.cfg，進行虛擬機器的初始化，並且裝載jvm.dll。
jvm.dll掛載JNIEVE(java環境),接下來就開始載入類，進行操作。
4.2）執行過程--類載入
classLoader載入要執行的.class檔案
進行位元組碼的校正
申請並管理儲存地區，記憶體回收
使用java解譯器進行解釋，產生機器碼
作業系統執行機器碼

5）指令系統
指令系統是指令的集合，每條指令由作業碼和運算元組成。
作業碼由8位2進位數組成，最大256種，現在已經使用160種以上。
運算元根據實際變化而變化，超過8位時，新增一個位元組。
如 iadd,iand等都是作業碼。

6）寄存器
分為四種
pc 程式計數器指標
optop 運算元棧頂指標
vars 局部變數第一變數指標
frame 當前執行環境指標
*所有的寄存器都是32位

7）棧結構
類載入後會為每個方法產生一個棧結構。
包含如下幾種地區：
局部變數：儲存局部變數。以32位為單位儲存，long和double佔用兩個局部變數。vars寄存器通過位移進行局部變數的訪問。
運算元棧：以32為基礎單位。運算過程中儲存運算元以及操作結果；調用方法時傳遞參數，並放置調用結果。機器指令取資訊時，只從運算元棧取資料。
執行環境：存放解譯器所需要的各種資訊，如局部變數指標，棧頂和棧底指標，上一次執行的方法。
動態連結：以符號指標的形式存取方法和變數，並且把變數翻譯成儲存結構和位移地址。
正常返回：正常返回時，調用方會得到一個返回結果。進一步的設定調用方的寄存器，如把PC加一個適當的數，能夠進行下一個指令的訪問。
異常捕捉：程式遇到類似於無法找到class（動態連結錯），或者遇到null 指標(執行階段錯誤)，接下來catch子句的匹配。
匹配原則：位元組碼發生異常的地點是catch的範圍內，異常類型是catch的類型。
匹配順序：從第一個異常catch子句到最後一個子句，逐層尋找。找到後處理catch異常塊代碼。最終匹配失敗，會執行最底層預設塊異常。
執行iadd時，需要調用寄存器frame，通過frame找到運算元棧，彈出兩個運算元。
然後把計算結果，通過寄存器frame找到運算元棧，壓倒棧頂。

8）回收堆
java類執行個體的空間由解譯器進行分配和管理的。解譯器記錄對象的記憶體空間使用方式，當記憶體不再被使用時，由解譯器負責把記憶體空間回收到堆中。
右側為自我理解：可以理解Edan地區，survival地區，old地區。按步驟使用。
new時現在edan地區申請記憶體，不足時回收edan中不用對象。
記憶體還是不足時，把部分活性不足的對象放置到survival中。
survival地區不足時，把部分活性不足的對象放置到old中。
old地區不足時，gc整個old地區。
gc後還是不足時，報異常。

9）儲存地區-常量池
儲存: 類名，方法名，欄位名稱，常量。

10)儲存池-方法區
儲存：方法執行的位元組碼。

11）Java解譯器
拿著JAVA和C++對比，可以理解如下：
Java源碼和C++源碼同樣為進階語言；
Java編譯後檔案為二進位位元組碼，C++編譯後檔案為二進位機器碼；
Java位元組碼在JVM的java解釋其中執行，C++機器碼在CPU中執行；
Java解譯器是通過軟體實現的虛擬cpu，其最終還會把位元組碼翻譯成機器碼在實際的CPU上執行；
只要運行平台上實現了java解譯器，那麼java就可以在這個平台上執行，目前部分平台不支援java，因為其沒有實現java解譯器；

12）運行資料
JVM啟動和退出時會建立和銷毀部分資料區域，線程建立和死亡時也會建立和銷毀部分資料。
包含：寄存器，棧，堆，常量池，方法區。

13）其他
13.1)當開啟新的線程時，會為線程建立java棧用以存放方法的調用狀態。注意，本地方法的調用狀態存放在棧結構的本地方法棧裡。
同時會為線程設定PC 應用程式計數器寄存器，用以放置即將執行的命令。

13.2)JVM包括子系統（載入類子系統，指令運行引擎-解譯器），指令集，資料類型，五大儲存類型（寄存器，棧，堆，方法區，常量池）等。

13.3）JRE是java平台，JavaRuntimeEnvironment，所有java程式的運行基礎。JDK安裝時，必須有一個JRE支援它，安裝了JDK後，會有一個JRE的目錄。
JVM是JRE的核心部分，它是虛擬電腦。有自己的一套組件，如CPU（指令運行引擎-JAVA解譯器），寄存器，各種儲存空間，指令集等。

參看link:

https://baike.baidu.com/item/JVM/2902369