(一)JVM实战——jvm的组成部分详解

前言

本节内容是关于java虚拟机JVM组成部分的介绍，通过其组成架构图了解JVM的主要组成部分。

正文

ClassFile：字节码文件

- javac：javac前端编译器将源代码编译成符合jvm规范的.class文件，即字节码文件

- class文件的结构组成：魔术、Class文件版本、常量池、访问标志、类索引、父类索引、接口索引集合、字段表集合、方法表集合、属性表集合

- javap：解析字节码，将字节码文件解析为可读的机器码

类加载器子系统（Class Loader）：负责将编译后的Java字节码加载到内存中，并在运行时创建对应的类和对象。类加载器根据类的名称、包名等信息来查找并加载类。

- 类的加载过程

①Loading(装载）阶段：将java类的字节码文件加载到机器内存中并在内存中构建出java类的模版对象（类数据结构），存储在方法区（1.8之前永久代，1.8之后元空间），实例对象在堆中

②Linking（链接）阶段

-验证：格式检查、语义检查、字节码验证、符号引用验证。

-准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；同时final修饰的static静态变量会在此直接赋值

-解析：将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用

③Initialization(初始化)阶段

- clinit方法为类的静态变量赋正确的初始值（显示赋值给static修饰的变量或者在静态代码块中赋值）

④类是使用阶段

⑤类的卸载阶段

- 类加载器

①引导类加载器Bootstrap ClassLoader:加载JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,没有父加载器，没有继承Class Loader，是系统加载器，C语言实现

②扩展类加载器Extension ClassLoader:加载JAVA_HOME/jre/lib/ext子目录下加载类库，父加载器是Bootstrap ClassLoader

③系统类加载器App ClassLoader:父加载器是扩展类加载器Extension ClassLoader

运行时数据区（Runtime Data Area）：也称为Java堆，它是JVM用来存储对象实例和数组的地方。Java堆在JVM启动时就被创建，用于存储动态分配的内存。

方法区（Method Area）：用于存储类的结构信息，如类的字段、方法信息、静态变量、常量池等。方法区在JVM启动时被创建，它是各个线程共享的内存区域。

堆（Heap）：用于存储对象实例和数组对象。所有通过关键字 new 创建的对象都会在堆上分配内存。堆是Java虚拟机管理的最大的一块内存区域，它在JVM启动时被创建，并被所有线程共享。

程序计数器（Program Counter Register）：用于存储当前线程正在执行的Java虚拟机字节码指令的地址。每个线程都有自己独立的程序计数器，用于记录下一条即将执行的指令地址。

本地方法栈（Native Method Stack）：类似于虚拟机栈，但是用于执行本地（Native）方法的栈空间。本地方法栈也是线程私有的，存储的是调用本地方法时的状态信息。

虚拟机栈（VM Stack）：每个线程在执行Java方法时，都会创建一个对应的栈帧（Stack Frame），用于存储方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。虚拟机栈的大小可以在启动时通过参数进行调整。

执行引擎（Execution Engine）：负责执行Java字节码指令。执行引擎有两种主要实现方式：解释器和即时编译器（JIT）。解释器逐条解释字节码指令并执行，而即时编译器将字节码转换成本地机器代码，以提高执行效率。