javajvm虛擬機(jī)原理PPT課件

1、目錄uJava虛擬機(jī) 1.java虛擬機(jī)的生命周期 2.java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)uJava class文件 1.magic(魔數(shù)) 2.minor_version和major_version 3.constant_pool_count和constant_pool 第1頁(yè)/共34頁(yè)u類(lèi)型的生命周期 1.類(lèi)型的裝載、連接和初始化 2.對(duì)象的生命周期 3.卸載類(lèi)型u連接模型 動(dòng)態(tài)連接和解析u垃圾收集第2頁(yè)/共34頁(yè)Java虛擬機(jī)生命周期第3頁(yè)/共34頁(yè) 每運(yùn)行一個(gè)java程序，便得到JAVA虛擬機(jī)的實(shí)例 每個(gè)Java程序都運(yùn)行于它自己的Java虛擬機(jī)實(shí)例中 當(dāng)程序關(guān)閉退出，這個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例也就隨之消亡

2、 程序本身也能夠通過(guò)調(diào)用Runtime類(lèi)或者System類(lèi)的exit()方法退出。 第4頁(yè)/共34頁(yè)Java虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu)第5頁(yè)/共34頁(yè) 在Java假虛擬機(jī)規(guī)范中，一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例的行為時(shí)分別按照子系統(tǒng)、內(nèi)存區(qū)、數(shù)據(jù)類(lèi)型以及指令這幾個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述的。這些組成部分一起展示了抽象的虛擬機(jī)的內(nèi)部抽象體系結(jié)構(gòu)。 第6頁(yè)/共34頁(yè)第7頁(yè)/共34頁(yè)1）所有的線程都共享方法區(qū)，方法區(qū)必須被設(shè)計(jì)為線程安全的，方法區(qū)大小不固定2）方法區(qū) 存儲(chǔ)以下類(lèi)型信息： 類(lèi)的全限定名 超類(lèi)的全限定名 是接口還是類(lèi) 類(lèi)的訪問(wèn)修飾修飾符 該類(lèi)的【常量池】 字段信息 方法信息 類(lèi)（靜態(tài)）變量 ：類(lèi)變量是由所有類(lèi)實(shí)例共享的，即使沒(méi)有類(lèi)

3、實(shí)例，也可以訪問(wèn) 一個(gè)到類(lèi)ClassLoader引用 一個(gè)到類(lèi)的引用3)方法表運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)-方法區(qū)第8頁(yè)/共34頁(yè)堆1）同一個(gè)java應(yīng)用所有的線程共享堆空間（由于每一個(gè)java程序獨(dú)占一個(gè)java虛擬機(jī)實(shí)例，因面每個(gè)java程序都有它自己的堆空間）堆空間可以分為三部分：一個(gè)Eden區(qū)，Survivor區(qū)和 truned區(qū) 2）由new操作符創(chuàng)建的對(duì)象均位于堆中運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)java中的堆第9頁(yè)/共34頁(yè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)-Java中的棧 u每啟動(dòng)一個(gè)新的線程，java虛擬機(jī)都會(huì)為它分配一個(gè)java棧，java棧上的都是此線程私有的u每當(dāng)啟用一個(gè)線程時(shí)，JVM就為他分配一個(gè)Java棧，棧是以幀為單位保

4、存當(dāng)前線程的運(yùn)行狀態(tài)?！井?dāng)前方法，當(dāng)前幀，當(dāng)前類(lèi)，當(dāng)前常量池】u每當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)Java方法時(shí)，JVM就會(huì)在該線程對(duì)應(yīng)的棧中壓入一個(gè)幀，這個(gè)幀自然就成了當(dāng)前幀。當(dāng)執(zhí)行這個(gè)方法時(shí)，它使用這個(gè)幀來(lái)存儲(chǔ)參數(shù)、局部變量、中間運(yùn)算結(jié)果等等。uJava棧上的所有數(shù)據(jù)都是私有的。任何線程都不能訪問(wèn)另一個(gè)線程的棧數(shù)據(jù)。uJava棧和幀在內(nèi)存中也不必是連續(xù)的,幀可以分布在連續(xù)的棧里，也可以分布在堆里第10頁(yè)/共34頁(yè)棧幀 棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)、操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)第11頁(yè)/共34頁(yè)Java 的class文件第12頁(yè)/共34頁(yè)Class文件的內(nèi)容 在class文件中，可變長(zhǎng)度項(xiàng)的大小和長(zhǎng)度位于其實(shí)際數(shù)據(jù)之前

5、，這個(gè)特性使得class文件數(shù)據(jù)流可以被順序解析，首先讀出項(xiàng)的大小，然后讀出項(xiàng)數(shù)據(jù) 1.magic（魔數(shù)） 4個(gè)字節(jié) 2.minor_version和major_version 4個(gè)字節(jié) 3.constant_pool_count 和 constant_pool 4.access_flags 2個(gè)字節(jié) 5.this_class 2個(gè)字節(jié)第13頁(yè)/共34頁(yè)6.super_class 2個(gè)字節(jié)7.interfaces_count 和interfaces8.fields_count 和 fields9.methods_count 和 fields10.attributes_count 和 attri

6、butes第14頁(yè)/共34頁(yè)Java代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程包含了以下三個(gè)重要的機(jī)制： 1.Java源碼編譯機(jī)制 2.類(lèi)加載機(jī)制 3.類(lèi)執(zhí)行機(jī)制 Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來(lái)完成，流程圖如下所示：第15頁(yè)/共34頁(yè)Java字節(jié)碼的執(zhí)行是由JVM執(zhí)行引擎來(lái)完成，流程圖如下所示：第16頁(yè)/共34頁(yè) class文件由以下部分組成： 1.1.結(jié)構(gòu)信息 包括class文件格式版本號(hào)及各部分的數(shù)量與大小的信息 2.2.元數(shù)據(jù) 對(duì)應(yīng)于Java源碼中聲明與常量的信息。包含類(lèi)/繼承的超類(lèi)/實(shí)現(xiàn)的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池 3.3.方法信息。 對(duì)應(yīng)Java源碼中語(yǔ)句和表達(dá)式對(duì)應(yīng)的信息。包

7、含字節(jié)碼、 異常處理器表、求值棧與局部變量區(qū)大小、求值棧的類(lèi)型記錄、調(diào)試符號(hào)信息 第17頁(yè)/共34頁(yè)第18頁(yè)/共34頁(yè)Java中的類(lèi)加載機(jī)制 JVM的類(lèi)加載是通過(guò)ClassLoader及其子類(lèi)來(lái)完成的，類(lèi)的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來(lái)描述：第19頁(yè)/共34頁(yè)第20頁(yè)/共34頁(yè)uBootstrap ClassLoader /啟動(dòng)類(lèi)加載器$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C+實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類(lèi)uExtension ClassLoader/擴(kuò)展類(lèi)加載器 負(fù)責(zé)加載java平臺(tái)中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*

8、.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包uApp ClassLoader/ 系統(tǒng)類(lèi)加載器 負(fù)責(zé)加載classpath中指定的jar包及目錄中classuCustom ClassLoader/用戶(hù)自定義類(lèi)加載器(java.lang. ClassLoader的子類(lèi))u屬于應(yīng)用程序根據(jù)自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會(huì)根據(jù)j2ee規(guī)范自行實(shí)現(xiàn)ClassLoader第21頁(yè)/共34頁(yè)Java中的類(lèi)加載雙親委派機(jī)制 JVM在加載類(lèi)時(shí)默認(rèn)采用的是【雙親委派機(jī)制】。通俗的講，就是某個(gè)特定的類(lèi)加載器在接到加載類(lèi)的請(qǐng)求時(shí)，首先將加載任務(wù)委托給父類(lèi)加載器，依

9、次遞歸，如果父類(lèi)加載器可以完成類(lèi)加載任務(wù)，就成功返回；只有父類(lèi)加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)時(shí)，才自己去加載。第22頁(yè)/共34頁(yè) java中的類(lèi)執(zhí)行機(jī)制 JVM是基于棧的體系結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行class字節(jié)碼的。線程創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生程序計(jì)數(shù)器（PC）和棧（Stack），程序計(jì)數(shù)器存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中存放一個(gè)個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)著每個(gè)方法的每次調(diào)用，而棧幀又是有局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分組成，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的中間結(jié)果。第23頁(yè)/共34頁(yè)java類(lèi)的生命周期 第24頁(yè)/共34頁(yè)卸載類(lèi)型裝載連接驗(yàn)證準(zhǔn)備解析初始化類(lèi)實(shí)例化垃圾回

10、收和對(duì)象終結(jié)裝載：就是把二進(jìn)制形式的java類(lèi)型讀入java虛擬機(jī)中驗(yàn)證：準(zhǔn)備：為類(lèi)變量分配內(nèi)存，設(shè)置默認(rèn)值。但是在到達(dá)初始化 之前，類(lèi)變量都沒(méi)有初始化為真正的初始值解析：解析過(guò)程就是在類(lèi)型的常量池中尋找類(lèi)、接口、字段 和方法的符號(hào)引用，把這些符號(hào)引用替換成直接引用 的過(guò)程在符號(hào)引用被程序首次使用之前，連接這個(gè)步驟 都是可選的初始化: 為類(lèi)變量賦予正確的初始值類(lèi)實(shí)例化:為新的對(duì)象分配內(nèi)存為實(shí)例變量賦默認(rèn)值為實(shí)例變量賦正確的初始值java編譯 器為它編譯的每一個(gè)類(lèi)都至少生成一個(gè)實(shí)例初始化方法，在java的class文件中，這個(gè)實(shí)例初始化方法被稱(chēng)為”“。針對(duì)源代碼中每一個(gè)類(lèi)的構(gòu)造方法，java編譯

11、器都產(chǎn)生一個(gè)方法第25頁(yè)/共34頁(yè)JVM內(nèi)存回收第26頁(yè)/共34頁(yè)JVM內(nèi)存回收根集(root set)： 所謂根集就是正在執(zhí)行的Java程序可以訪問(wèn)的引用變量的集合(包括局部變量、參數(shù)、類(lèi)變量)，程序可以使用引用變量訪問(wèn)對(duì)象的屬性和調(diào)用對(duì)象的方法。垃圾收集首選需要確定從根開(kāi)始哪些是可達(dá)的和哪些是不可達(dá)的，從根集可達(dá)的對(duì)象都是活動(dòng)對(duì)象，它們不能作為垃圾被回收，這也包括從根集間接可達(dá)的對(duì)象。而根集通過(guò)任意路徑不可達(dá)的對(duì)象符合垃圾收集的條件，應(yīng)該被回收第27頁(yè)/共34頁(yè)常用的算法：1、 引用計(jì)數(shù)法(Reference Counting ollector) 2、tracing算法(Tracing C

12、ollector) 3、compacting算法(Compacting Collector)4、copying算法(Coping Collector) 5、generation算法(Generational Collector)6、adaptive算法(Adaptive Collector) 第28頁(yè)/共34頁(yè)Sun的JVMGenerationalCollecting算法Sun的JVMGenerationalCollecting(垃圾回收)原理是這樣的：把對(duì)象分為年青代(Young)、年老代(Tenured)、持久代(Perm)，對(duì)不同生命周期的對(duì)象使用不同的算法。(基于對(duì)對(duì)象生命周期分析)第

13、29頁(yè)/共34頁(yè)第30頁(yè)/共34頁(yè)1.Young（年輕代） 年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè)Survivor區(qū)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor去也滿了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制年老區(qū)(Tenured。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱(chēng)的，沒(méi)先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor去過(guò)來(lái)的對(duì)象