JVM的基本结构

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JVM的基本结构

jephon 2016-08-09 13:57:00 浏览436
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首先,当一个程序启动之前,它的class会被类装载器装入方法区执行引擎读取方法区的字节码自适应解析,边解析就边运行(其中一种方式),然后pc寄存器指向了main函数所在位置,虚拟机开始为main函数在java栈中预留一个栈帧(每个方法都对应一个栈帧),然后开始跑main函数,main函数里的代码被执行引擎映射成本地操作系统里相应的实现,然后调用本地方法接口,本地方法运行的时候,操纵系统会为本地方法分配本地方法栈,用来储存一些临时变量,然后运行本地方法,调用操作系统APIi等等。  

为了消化上面的那个图,我们先来分析一下下面这张图。 

 

 

为什么jvm的内存是分布在操作系统的堆中呢??

因为操作系统的栈是操作系统管理的,它随时会被回收,所以如果jvm放在栈中,那java的一个null对象就很难确定会被谁回收了,那gc的存在就一点意义都莫有了,而要对栈做到自动释放也是jvm需要考虑的,所以放在堆中就最合适不过了。

jvm的内存结构居然和操作系统的结构惊人的一致,区别在哪??

原来jvm的设计的模型其实就是操作系统的模型,基于操作系统的角度,jvm就是个java.exe/javaw.exe,也就是一个应用,而基于class文件来说,jvm就是个操作系统,而jvm的方法区,也就相当于操作系统的硬盘区,我为什么喜欢叫他permanent区吗,因为这个单词是永久的意思,也就是永久区,我们的磁盘就是不断电的永久区嘛,是一样的意思啊。而java栈和操作系统栈是一致的,无论是生长方向还是管理的方式,至于堆嘛,虽然概念上一致目标也一致,分配内存的方式也一直(new,或者malloc等等),但是由于他们的管理方式不同,jvm是gc回收,而操作系统是程序员手动释放,所以在算法上有很多的差异,gc的回收算法,估计是jvm里面的经典啊。

pc寄存器是干嘛用的??

所谓pc寄存器,无论是在虚拟机中还是在我们虚拟机所寄宿的操作系统中功能目的是一致的,计算机上的pc寄存器是计算机上的硬件,本来就是属于计算机,(这一点对于学过汇编的同学应该很容易理解,有很多的寄存器eax,esp之类的32位寄存器,jvm里的寄存器就相当于汇编里的esp寄存器),计算机用pc寄存器来存放“伪指令”或地址,而相对于虚拟机pc寄存器它表现为一块内存(一个字长,虚拟机要求字长最小为32位)虚拟机的pc寄存器的功能也是存放伪指令,更确切的说存放的是将要执行指令的地址,它甚至可以是操作系统指令的本地地址,当虚拟机正在执行的方法是一个本地方法的时候,jvm的pc寄存器存储的值是undefined,所以你现在应该很明确的知道,虚拟机的pc寄存器是用于存放下一条将要执行的指令的地址(字节码流)

对于一个运行中的Java程序而言,其中的每一个线程都有它自己的PC(程序计数器)寄存器,它是在该线程启动时创建的,PC寄存器的大小是一个字长,因此它既能够持有一个本地指针,也能够持有一个returnAddress(finally块)。当线程执行某个Java方法时,PC寄存器的内容总是下一条将被执行指令的“地址”,这里的“地址”可以是一个本地指针,也可以是在方法字节码中相对于该方法起始指令的偏移量。如果该线程正在执行一个本地方法,那么此时PC寄存器的值是“undefined”。

 

classLoader是如何加载class文件和存储文件信息??

当一个classLoder启动的时候,classLoader的生存地点在jvm中的堆,然后它会去主机硬盘上将A.class装载到jvm的方法区,方法区中的这个字节文件会被虚拟机拿来new A字节码(),然后在堆内存生成了一个A字节码的对象,然后A字节码这个内存文件有两个引用一个指向A的class对象,一个指向加载自己的classLoader。那么方法区中的字节码内存块,除了记录一个class自己的class对象引用和一个加载自己的ClassLoader引用之外,还记录了什么信息呢??见下图。

     

   1.类信息:修饰符(public final)

                        是类还是接口(class,interface)

                        类的全限定名(Test/ClassStruct.class)

                        直接父类的全限定名(java/lang/Object.class)

                        直接父接口的权限定名数组(java/io/Serializable)

      也就是 public final class ClassStruct extends Object implements Serializable这段描述的信息提取

       2.字段信息:修饰符(pirvate)

                            字段类型(java/lang/String.class)

                            字段名(name)

        也就是类似private String name;这段描述信息的提取

       3.方法信息:修饰符(public static final)

                          方法返回值(java/lang/String.class)

                          方法名(getStatic_str)

                          参数需要用到的局部变量的大小还有操作数栈大小(操作数栈我们后面会讲)

                          方法体的字节码(就是花括号里的内容)

                          异常表(throws Exception)

       也就是对方法public static final String getStatic_str ()throws Exception的字节码的提取
       4.常量池:

                    4.1.直接常量:

                                   1.1CONSTANT_INGETER_INFO整型直接常量池public final int CONST_INT=0;

                                   1.2CONSTANT_String_info字符串直接常量池   public final String CONST_STR="CONST_STR";

                                   1.3CONSTANT_DOUBLE_INFO浮点型直接常量池

                                   等等各种基本数据类型基础常量池(待会我们会反编译一个类,来查看它的常量池等。)

                     4.2.方法名、方法描述符、类名、字段名,字段描述符的符号引用

            也就是所有编译器能够被确定,能够被快速查找的内容都存放在这里,它像数组一样通过索引访问,就是专门用来做查找的。

            编译时就能确定数值的常量类型都会复制它的所有常量到自己的常量池中,或者嵌入到它的字节码流中。作为常量池或者字节码流的一部分,编译时常量保存在方法区中,就和一般的类变量一样。但是当一般的类变量作为他们的类型的一部分数据而保存的时候,编译时常量作为使用它们的类型的一部分而保存

      5.类变量:

                  就是静态字段( public static String static_str="static_str";)

                  虚拟机在使用某个类之前,必须在方法区为这些类变量分配空间。

      6.一个到classLoader的引用,通过this.getClass().getClassLoader()来取得为什么要先经过class呢?思考一下,看一下上面的图,再回来思考。(class A 对象拥有A字节码和加载它的加载器地址引用)

      7.一个到class对象的引用,这个对象存储了所有这个字节码内存块的相关信息。所有你能够看到的区域,比如:类信息,你可以通过this.getClass().getName()取得

          所有的方法信息,可以通过this.getClass().getDeclaredMethods(),字段信息可以通过this.getClass().getDeclaredFields(),等等,所有在字节码中你想得到的,调用的,通过class这个引用基本都能够帮你完成。因为他就是字节码在内存块在堆中的一个对象

      8.方法表,如果学习c++的人应该都知道c++的对象内存模型有一个叫虚表的东西,java本来的名字就叫c++- -,它的方法表其实说白了就是c++的虚表,它的内容就是这个类的所有实例可能被调用的所有实例方法的直接引用。也是为了动态绑定的快速定位而做的一个类似缓存的查找表,它以数组的形式存在于内存中。不过这个表不是必须存在的,取决于虚拟机的设计者,以及运行虚拟机的机器是否有足够的内存。

 

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