【 大厂必考之JVM】01:JVM架构体系及加载机制

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   JVM体系结构如下图所示,将按照从上到下的顺序解说
  

1.类装载器classloader

   负责将class文件的字节码内容加载到内存中并将这些内容转换成方法区中的运行时数据结构,class文件在文件开头有特定标识(cafe babe:Java图标——咖啡和橡树)。
     平常来讲:classloader相称于快递员的作用,只负责加载,至于是否能运行,由Execution Engine决定
  

1.1有几个类装载器?

   准确说有四个,三个捏造机自带的:
     启动类加载器:(Bootstrap c++ )负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录,下同)下,或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的,并且能被捏造机辨认的类库(如rt.jar,所有的java.*开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载)。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
     扩展类加载器:(Extension Java )它负责加载DK\jre\lib\ext目录中,大概由java.ext.dirs体系变量指定的路径中的所有类库(如javax.*开头的类),开发者可以直接使用扩展类加载器。
     应用程序类加载器:(AppClassLoader) 它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类,开发者可以直接使用该类加载器,假如应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
     一个用户自定义的:Java.lang.ClassLoader
  

1.2 双亲委派机制

当一个类收到类加载请求,他会先把这个请求交给他的父类,只有父类无法完成这个请求时,子加载器才会尝试自己去加载。
双亲委派的利益是掩护Java焦点类,比如加载位于rt.jar中的java.lang.Object,不管是哪个加载器加载的,最终都会交给启动类加载器,这样就保证了差别的类加载器得到的都是同一个Object对象。
代码举例:查看类是被谁人加载器加载的
/**


  • @Author: 一条IT
  • @Date: 2020/12/3 21:28
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Object.class.getClassLoader());
System.out.println(Test.class.getClassLoader().getParent().getParent());
System.out.println(Test.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println(Test.class.getClassLoader());
}
}
输出
null
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc
由于Object是jdk自带的,所以在加载的时候是走Bootstrap启动类加载器,而Bootstrap加载器是C++语言写的,所以在查的时候是null,报了NullPointException();Test类自己写的,走AppClassLoder,他的父类是扩展加载器,再父类是启动类加载器,也输出Null
1.3.沙箱安全机制

**重要是防止恶意代码污染java源代码,**比如定义了一个类名为String所在包为java.lang,由于这个类本来是属于jdk的,假如没有沙箱安全机制的话,这个类将会污染到我所有的String,但是由于沙箱安全机制,所以就委托顶层的bootstrap加载器查找这个类,假如没有的话就委托extsion,extsion没有就到appclassloader,但是由于String就是jdk的源代码,所以在bootstrap那里就加载到了,先找到先使用,所以就使用bootstrap内里的String,后面的一概不能使用,这就保证了不被恶意代码污染。
2.运行时数据区
========
   运行时数据区:重要包括:方法区,堆,Java栈,PC寄存器,本地方法栈
     方法区和堆由所有线程共享;Java栈,本地方法栈和PC寄存器由线程独享。
  2.1java栈

   重要存储**8种根本数据类型+对象的引用变量+实例方法。**当在一段代码块定义一个变量时,Java就在栈中为这个变量分配内存空间,当凌驾变量的作用域后,Java会主动释放掉为该变量所分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作他用。栈的大小与JVM的实现有关,通常在256k-756k之间。当栈被压满,会报StackOverflowError错误 ,不是异常,最简朴的实现是递归死循环。
     栈内存在线程创建时创建,跟随线程的生命周期,不存在垃圾回收,是私有的。
  捏造机只会直接对Javastack执行两种操作:以帧为单元的压栈或出栈,按照后进先出的顺序。
每个栈帧代表一个方法,Java方法有两种返回方式,return和抛出异常,两种方式都会导致该方法对应的帧出栈和释放内存。
栈帧的组成:
本地变量:输入参数,输出参数以及方法内的变量。
栈操作:记载出栈,入栈的操作。
栈帧数据:类文件,方法等。

2.2本地方法栈(native)

   保存native方法进入地区的地址,如某个JVM实现的本地方法不是用Java编写,比如某线程在调用本地方法时,就进入了一个不受JVM限定的领域,该方法被native关键字修饰。
  new 线程类
Thread t=new Thread();
t.start();
进入start()方法
public synchronized void start() {
/**


  • This method is not invoked for the main method thread or “system”
  • group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
  • to this method in the future may have to also be added to the VM.

  • A zero status value corresponds to state “NEW”.
*/
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
/* Notify the group that this thread is about to be started


  • so that it can be added to the group’s list of threads
  • and the group’s unstarted count can be decremented. */
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}
再找到start0()方法,看到被native修饰,分析java已经无能为力。
private native void start0();
2.3程序计数器

程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,存储指向下一条指令的地址,它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码表明器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程规复等基础功能都需要依靠这个计数器来完成。 由于Java捏造机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能规复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间的计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存地区为“线程私有”的内存。假如线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记载的是正在执行的捏造机字节码指令的地址;假如正在执行的是Natvie方法,这个计数器值则为Undefined。此内存地区是唯逐一个在Java捏造机不会发生内存溢出错误的地区。
简朴来说,相称于班级内的之日排班表。
2.4方法区

**存储每一个类的结构信息,**例如运行时常量池,字段和方法数据,构造函数宁静凡方法的字节码内容。简朴来说就时类的实例化模板。
例如王者荣耀的每个英雄出生时都有生命,攻击力等数值,都有走路,攻击等方法。
2.5堆

   Java堆(Java Heap)是Java捏造机所管理的内存中最大的一块,大小可调节。Java堆是被所有线程共享的一块内存地区,在捏造机启动时创建。此内存地区的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的重要地区,因此许多时候也被称做“GC堆”。假如从内存回收的角度看,由于现在收集器根本都是采用的分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。根据Java捏造机规范的规定,Java堆可以处于物理上不一连的内存空间中,只要逻辑上是一连的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的捏造机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。假如在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。
  堆内存逻辑

Java捏造机将堆内存分别为新生代、老年代和永久代,永久代是HotSpot捏造机特有的概念(JDK1.8之后为元空间替代永久代),它采用永久代的方式来实现方法区,其他的捏造机实现没有这一概念,而且HotSpot也有取消永久代的趋势,在JDK 1.7中HotSpot已经开始了“去永久化”,把本来放在永久代的字符串常量池移出。永久代重要存放常量、类信息、静态变量等数据,与垃圾回收关系不大,新生代和老年代是垃圾回收的重要地区。
具体在垃圾回收讲。
2.6栈+堆+方法区的交互关系



HotSpot是使用指针的方式来访问对象;

java堆中会存放访问类模板的地址;
reference存储的直接就是对象的地址;
2.7堆与栈的对比

   一句话:栈管运行,堆管存储
  栈内存:栈内存起首是一片内存地区,存储的都是局部变量,凡是定义在方法中的都是局部变量(方法外的是全局变量),for循环内部定义的也是局部变量,是先加载函数才气进行局部变量的定义,所以方法先辈栈,然后再定义变量,变量有自己的作用域,一旦离开作用域,变量就会被释放。栈内存的更新速率很快,由于局部变量的生命周期都很短。
堆内存:存储的是数组和对象(着实数组就是对象),凡是new建立的都是在堆中,堆中存放的都是实体(对象),实体用于封装数据,而且是封装多个(实体的多个属性),假如一个数据消散,这个实体也没有消散,还可以用,所以堆是不会随时释放的,但是栈不一样,栈里存放的都是单个变量,变量被释放了,那就没有了。堆里的实体虽然不会被释放,但是会被当成垃圾,Java有垃圾回收机制不定时的收取。
   实例解说
  比如主函数里的语句
int [] arr=new int [3];
内存中的定义过程
主函数先辈栈,在栈中定义一个变量arr,接下来为arr赋值,但是右边不是一个具体值,是一个实体。实体创建在堆里,在堆里起首通过new关键字开辟一个空间,内存在存储数据的时候都是通过地址来体现的,地址是一块一连的二进制,然后给这个实体分配一个内存地址。数组都是有一个索引,数组这个实体在堆内存中产生之后每一个空间都会进行默认的初始化(这是堆内存的特点,未初始化的数据是不能用的,但在堆里是可以用的,由于初始化过了,但是在栈里没有),差别的类型初始化的值不一样。所以堆和栈里就创建了变量和实体:

堆和栈怎样联系起来
我们刚刚说过给堆分配了一个地址,把堆的地址赋给arr,arr就通过地址指向了数组。所以arr想利用数组时,就通过地址,而不是直接把实体都赋给它。这种我们不再叫他根本数据类型,而叫引用数据类型。称为arr引用了堆内存当中的实体。(可以理解为c或c++的指针,Java发展自c++和c++很像,优化了c++)                                                                

总结

就写到这了,也算是给这段时间的口试做一个总结,查漏补缺,祝自己好运吧,也希望正在求职大概打算跳槽的 程序员看到这个文章能有一点点资助或劳绩,我就心满意足了。多思索,多问为什么。希望小伙伴们早点收到满意的offer! 越努力越幸运!
金九银十已经过了,就现在国内的口试模式来讲,在口试前积极的准备口试,复习整个 Java 知识体系将变得非常紧张,可以很负责任的说一句,复习准备的是否充分,将直接影响你入职的乐成率。但许多小伙伴却苦于没有合适的资料往返顾整个 Java 知识体系,大概有的小伙伴大概都不知道该从哪里开始复习。我偶然得到一份整理的资料,不论是从整个 Java 知识体系,还是从口试的角度来看,都是一份含技术量很高的资料。

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槽的 程序员看到这个文章能有一点点资助或劳绩,我就心满意足了。多思索,多问为什么。希望小伙伴们早点收到满意的offer! 越努力越幸运!**
金九银十已经过了,就现在国内的口试模式来讲,在口试前积极的准备口试,复习整个 Java 知识体系将变得非常紧张,可以很负责任的说一句,复习准备的是否充分,将直接影响你入职的乐成率。但许多小伙伴却苦于没有合适的资料往返顾整个 Java 知识体系,大概有的小伙伴大概都不知道该从哪里开始复习。我偶然得到一份整理的资料,不论是从整个 Java 知识体系,还是从口试的角度来看,都是一份含技术量很高的资料。
[外链图片转存中…(img-qfErsJSX-1714776714925)]
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