1、JVM?簡介

JVM?是我們Javaer?的最基本功底了，剛開始學(xué)Java?的時(shí)候，一般都是從“Hello World?”開始的，然后會(huì)寫個(gè)復(fù)雜點(diǎn)class?，然后再找一些開源框架，比如Spring?，Hibernate?等等，再然后就開發(fā)企業(yè)級的應(yīng)用，比如網(wǎng)站、企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用、實(shí)時(shí)交易系統(tǒng)等等，直到某一天突然發(fā)現(xiàn)做的系統(tǒng)咋就這么慢呢，而且時(shí)不時(shí)還來個(gè)內(nèi)存溢出什么的，今天是交易系統(tǒng)報(bào)了StackOverflowError?，明天是網(wǎng)站系統(tǒng)報(bào)了個(gè)OutOfMemoryError?，這種錯(cuò)誤又很難重現(xiàn)，只有分析Javacore?和dump?文件，運(yùn)氣好點(diǎn)還能分析出個(gè)結(jié)果，運(yùn)行遭的點(diǎn)，就直接去廟里燒香吧！每天接客戶的電話都是戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的，生怕再出什么幺蛾子了。我想Java?做的久一點(diǎn)的都有這樣的經(jīng)歷，那這些問題的最終根結(jié)是在哪呢？——?JVM?。

JVM?全稱是Java Virtual Machine?，Java?虛擬機(jī)，也就是在計(jì)算機(jī)上再虛擬一個(gè)計(jì)算機(jī)，這和我們使用?VMWare不一樣，那個(gè)虛擬的東西你是可以看到的，這個(gè)JVM?你是看不到的，它存在內(nèi)存中。我們知道計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成是：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，那這個(gè)JVM?也是有這成套的元素，運(yùn)算器是當(dāng)然是交給硬件CPU?還處理了，只是為了適應(yīng)“一次編譯，隨處運(yùn)行”的情況，需要做一個(gè)翻譯動(dòng)作，于是就用了JVM?自己的命令集，這與匯編的命令集有點(diǎn)類似，每一種匯編命令集針對一個(gè)系列的CPU?，比如8086?系列的匯編也是可以用在8088?上的，但是就不能跑在8051?上，而JVM?的命令集則是可以到處運(yùn)行的，因?yàn)镴VM?做了翻譯，根據(jù)不同的CPU?，翻譯成不同的機(jī)器語言。

JVM?中我們最需要深入理解的就是它的存儲(chǔ)部分，存儲(chǔ)？硬盤？NO?，NO?，?JVM?是一個(gè)內(nèi)存中的虛擬機(jī)，那它的存儲(chǔ)就是內(nèi)存了，我們寫的所有類、常量、變量、方法都在內(nèi)存中，這決定著我們程序運(yùn)行的是否健壯、是否高效，接下來的部分就是重點(diǎn)介紹之。

2、JVM?的組成部分

我們先把JVM?這個(gè)虛擬機(jī)畫出來，如下圖所示：

從這個(gè)圖中可以看到，JVM?是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的，它與硬件沒有直接的交互。我們再來看下JVM?有哪些組成部分，如下圖所示：

該圖參考了網(wǎng)上廣為流傳的JVM?構(gòu)成圖，大家看這個(gè)圖，整個(gè)JVM?分為四部分：

## Class Loader?類加載器

類加載器的作用是加載類文件到內(nèi)存，比如編寫一個(gè)HelloWord.java?程序，然后通過javac?編譯成class?文件，那怎么才能加載到內(nèi)存中被執(zhí)行呢？Class Loader?承擔(dān)的就是這個(gè)責(zé)任，那不可能隨便建立一個(gè).class?文件就能被加載的，Class Loader?加載的class?文件是有格式要求，在《JVM Specification?》中式這樣定義Class?文件的結(jié)構(gòu)：

ClassFile {

u4 magic;

u2 minor_version;

u2 major_version;

u2 constant_pool_count;

cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];

u2 access_flags;

u2 this_class;

u2 super_class;

u2 interfaces_count;

u2 interfaces[interfaces_count];

u2 fields_count;

field_info fields[fields_count];

u2 methods_count;

method_info methods[methods_count];

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

需要詳細(xì)了解的話，可以仔細(xì)閱讀《JVM Specification?》的第四章“The class File Format?”，這里不再詳細(xì)說明。

友情提示：Class Loader?只管加載，只要符合文件結(jié)構(gòu)就加載，至于說能不能運(yùn)行，則不是它負(fù)責(zé)的，那是由Execution Engine?負(fù)責(zé)的。

##?Execution Engine?執(zhí)行引擎

執(zhí)行引擎也叫做解釋器(Interpreter)?，負(fù)責(zé)解釋命令，提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。

##?Native Interface?本地接口

本地接口的作用是融合不同的編程語言為Java?所用，它的初衷是融合C/C++?程序，Java?誕生的時(shí)候是C/C++?橫行的時(shí)候，要想立足，必須有一個(gè)聰明的、睿智的調(diào)用C/C++?程序，于是就在內(nèi)存中專門開辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)記為native?的代碼，它的具體做法是Native Method Stack?中登記native?方法，在Execution Engine?執(zhí)行時(shí)加載native libraies?。目前該方法使用的是越來越少了，除非是與硬件有關(guān)的應(yīng)用，比如通過Java?程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，或者Java?系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級應(yīng)用中已經(jīng)比較少見，因?yàn)楝F(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達(dá)，比如可以使用Socket?通信，也可以使用Web Service?等等，不多做介紹。

## Runtime data area?運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)

運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)是整個(gè)JVM?的重點(diǎn)。我們所有寫的程序都被加載到這里，之后才開始運(yùn)行，Java?生態(tài)系統(tǒng)如此的繁榮，得益于該區(qū)域的優(yōu)良自治。

整個(gè)JVM?框架由加載器加載文件，然后執(zhí)行器在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，需要與異構(gòu)系統(tǒng)交互是可以通過本地接口進(jìn)行，瞧，一個(gè)完整的系統(tǒng)誕生了！

3、JVM加載class文件的原理機(jī)制

Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運(yùn)行。類加載器本身也是一個(gè)類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時(shí)候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因?yàn)檫@些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。

類裝載方式，有兩種

1.隱式裝載， 程序在運(yùn)行過程中當(dāng)碰到通過new 等方式生成對象時(shí)，隱式調(diào)用類裝載器加載對應(yīng)的類到j(luò)vm中，

2.顯式裝載， 通過class.forname()等方法，顯式加載需要的類

隱式加載與顯式加載的區(qū)別：兩者本質(zhì)是一樣?

Java類的加載是動(dòng)態(tài)的，它并不會(huì)一次性將所有類全部加載后再運(yùn)行，而是保證程序運(yùn)行的基礎(chǔ)類(像是基類)完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時(shí)候才加載。這當(dāng)然就是為了節(jié)省內(nèi)存開銷。

Java的類加載器有三個(gè)，對應(yīng)Java的三種類:(java中的類大致分為三種：?? 1.系統(tǒng)類?? 2.擴(kuò)展類?3.由程序員自定義的類?)

Bootstrap Loader? // 負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)類?(指的是內(nèi)置類，像是String，對應(yīng)于C#中的System類和C/C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的類)

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- - ExtClassLoader?? //?負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展類(就是繼承類和實(shí)現(xiàn)類)

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- - AppClassLoader?? //?負(fù)責(zé)加載應(yīng)用類(程序員自定義的類)

三個(gè)加載器各自完成自己的工作，但它們是如何協(xié)調(diào)工作呢？哪一個(gè)類該由哪個(gè)類加載器完成呢？為了解決這個(gè)問題，Java采用了委托模型機(jī)制。

委托模型機(jī)制的工作原理很簡單：當(dāng)類加載器需要加載類的時(shí)候，先請示其Parent(即上一層加載器)在其搜索路徑載入，如果找不到，才在自己的搜索路徑搜索該類。這樣的順序其實(shí)就是加載器層次上自頂而下的搜索，因?yàn)榧虞d器必須保證基礎(chǔ)類的加載。之所以是這種機(jī)制，還有一個(gè)安全上的考慮：如果某人將一個(gè)惡意的基礎(chǔ)類加載到j(luò)vm，委托模型機(jī)制會(huì)搜索其父類加載器，顯然是不可能找到的，自然就不會(huì)將該類加載進(jìn)來。

我們可以通過這樣的代碼來獲取類加載器:

ClassLoader loader = ClassName.class.getClassLoader();

ClassLoader ParentLoader = loader.getParent();

注意一個(gè)很重要的問題，就是Java在邏輯上并不存在BootstrapKLoader的實(shí)體！因?yàn)樗怯肅++編寫的，所以打印其內(nèi)容將會(huì)得到null。

前面是對類加載器的簡單介紹，它的原理機(jī)制非常簡單，就是下面幾個(gè)步驟:

1.裝載:查找和導(dǎo)入class文件;

2.連接:

(1)檢查:檢查載入的class文件數(shù)據(jù)的正確性;

(2)準(zhǔn)備:為類的靜態(tài)變量分配存儲(chǔ)空間;

(3)解析:將符號引用轉(zhuǎn)換成直接引用(這一步是可選的)

3.初始化:初始化靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊。

這樣的過程在程序調(diào)用類的靜態(tài)成員的時(shí)候開始執(zhí)行，所以靜態(tài)方法main()才會(huì)成為一般程序的入口方法。類的構(gòu)造器也會(huì)引發(fā)該動(dòng)作。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java文件读入原理_描述一下JVM加载class文件的原理机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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