南宁网站设计公司,手机网站开发注意,软文的概念,wordpress模板结构详解一、java虚拟机的生命周期#xff1a; Java虚拟机的生命周期 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务#xff1a;执行Java程序。程序开始执行时他才运行#xff0c;程序结束时他就停止。你在同一台机器上运行三个程序#xff0c;就会有 三个运行中的Java虚拟机。 Java虚… 一、java虚拟机的生命周期 Java虚拟机的生命周期 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务执行Java程序。程序开始执行时他才运行程序结束时他就停止。你在同一台机器上运行三个程序就会有 三个运行中的Java虚拟机。 Java虚拟机总是开始于一个main()方法这个方法必须是公有、返回void、直接受一个字符串数组。在程序执行时你必须给Java虚拟机指明这 个包换main()方法的类名。 Main()方法是程序的起点他被执行的线程初始化为程序的初始线程。程序中其他的线程都由他来启动。Java中的线程分为两种守护线程 daemon和普通线程non-daemon。守护线程是Java虚拟机自己使用的线程比如负责垃圾收集的线程就是一个守护线程。当然你也可 以把自己的程序设置为守护线程。包含Main()方法的初始线程不是守护线程。 只要Java虚拟机中还有普通的线程在执行Java虚拟机就不会停止。如果有足够的权限你可以调用exit()方法终止程序。 二、java虚拟机的体系结构 在Java虚拟机的规范中定义了一系列的子系统、内存区域、数据类型和使用指南。这些组件构成了Java虚拟机的内部结构他们不仅仅为Java虚拟机的实现提供了清晰的内部结构更是严格规定了Java虚拟机实现的外部行为。 每一个Java虚拟机都由一个类加载器子系统class loader subsystem负责加载程序中的类型类和接口并赋予唯一的名字。每一个Java虚拟机都有一个执行引擎execution engine负责执行被加载类中包含的指令。程序的执行需要一定的内存空间如字节码、被加载类的其他额外信息、程序中的对象、方法的参数、返回值、本地变量、处理的中间变量等等。Java虚拟机将 这些信息统统保存在数据区data areas中。虽然每个Java虚拟机的实现中都包含数据区但是Java虚拟机规范对数据区的规定却非常的抽象。许多结构上的细节部分都留给了 Java虚拟机实现者自己发挥。不同Java虚拟机实现上的内存结构千差万别。一部分实现可能占用很多内存而其他以下可能只占用很少的内存一些实现可 能会使用虚拟内存而其他的则不使用。这种比较精炼的Java虚拟机内存规约可以使得Java虚拟机可以在广泛的平台上被实现。数据区中的一部分是整个程序共有其他部分被单独的线程控制。每一个Java虚拟机都包含方法区method area和堆heap他们都被整个程序共享。Java虚拟机加载并解析一个类以后将从类文件中解析出来的信息保存与方法区中。程序执行时创建的 对象都保存在堆中。 当一个线程被创建时会被分配只属于他自己的PC寄存器“pc register”程序计数器和Java堆栈Java stack。当线程不掉用本地方法时PC寄存器中保存线程执行的下一条指令。Java堆栈保存了一个线程调用方法时的状态包括本地变量、调用方法的 参数、返回值、处理的中间变量。调用本地方法时的状态保存在本地方法堆栈中native method stacks可能再寄存器或者其他非平台独立的内存中。Java堆栈有堆栈块stack frames (or frames)组成。堆栈块包含Java方法调用的状态。当一个线程调用一个方法时Java虚拟机会将一个新的块压到Java堆栈中当这个方法运行结束时Java虚拟机会将对应的块弹出并抛弃。Java虚拟机不使用寄存器保存计算的中间结果而是用Java堆栈在存放中间结果。这是的Java虚拟机的指令更紧凑也更容易在一个没有寄存器的设备上实现Java虚拟机。 图中的Java堆栈中向下增长的PC寄存器中线程三为灰色是因为它正在执行本地方法他的下一条执行指令不保存在PC寄存器中。 三、类加载器子系统 Java虚拟机中的类加载器分为两种原始类加载器primordial class loader和类加载器对象class loader objects。原始类加载器是Java虚拟机实现的一部分类加载器对象是运行中的程序的一部分。不同类加载器加载的类被不同的命名空间所分割。类加载器调用了许多Java虚拟机中其他的部分和java.lang包中的很多类。比如类加载对象就是java.lang.ClassLoader子类 的实例ClassLoader类中的方法可以访问虚拟机中的类加载机制每一个被Java虚拟机加载的类都会被表示为一个 java.lang.Class类的实例。像其他对象一样类加载器对象和Class对象都保存在堆中被加载的信息被保存在方法区中。1、加载、连接、初始化Loading, Linking and Initialization
类加载子系统不仅仅负责定位并加载类文件他按照以下严格的步骤作了很多其他的事情具体的信息参见第七章的“类的生命周期”1、加载寻找并导入指定类型类和接口的二进制信息2、连接进行验证、准备和解析 ①验证确保导入类型的正确性 ②准备为类型分配内存并初始化为默认值 ③解析将字符引用解析为直接饮用 3、初始化调用Java代码初始化类变量为合适的值 2、原始类加载器The Primordial Class Loader 每个Java虚拟机都必须实现一个原始类加载器他能够加载那些遵守类文件格式并且被信任的类。但是Java虚拟机的规范并没有定义如何加载类这由 Java虚拟机实现者自己决定。对于给定类型名的类型原始莱加载器必须找到那个类型名加“.class”的文件并加载入虚拟机中。 3、类加载器对象 虽然类加载器对象是Java程序的一部分但是ClassLoader类中的三个方法可以访问Java虚拟机中的类加载子系统。 1、protected final Class defineClass(…)使用这个方法可以出入一个字节数组定义一个新的类型。 2、protected Class findSystemClass(String name)加载指定的类如果已经加载就直接返回。 3、protected final void resolveClass(Class c)defineClass()方法只是加载一个类这个方法负责后续的动态连接和初始化。 具体的信息参见第八章“连接模型” The Linking Model。 4、命名空间 当多个类加载器加载了同一个类时为了保证他们名字的唯一性需要在类名前加上加载该类的类加载器的标识。具体的信息参见第八章“连接模型” The Linking Model。 四、方法区 在Java虚拟机中被加载类型的信息都保存在方法区中。这写信息在内存中的组织形式由虚拟机的实现者定义比如虚拟机工作在一个“little- endian”的处理器上他就可以将信息保存为“little-endian”格式的虽然在Java类文件中他们是以“big-endian”格式保 存的。设计者可以用最适合并地机器的表示格式来存储数据以保证程序能够以最快的速度执行。但是在一个只有很小内存的设备上虚拟机的实现者就不会占用 很大的内存。程序中的所有线程共享一个方法区所以访问方法区信息的方法必须是线程安全的。如果你有两个线程都去加载一个叫Lava的类那只能由一个线程被容许去加载这个类另一个必须等待。在程序运行时方法区的大小是可变的程序在运行时可以扩展。有些Java虚拟机的实现也可以通过参数也订制方法区的初始大小最小值和最大值。方法区也可以被垃圾收集。因为程序中的内由类加载器动态加载所有类可能变成没有被引用unreferenced的状态。当类变成这种状态时他就可 能被垃圾收集掉。没有加载的类包括两种状态一种是真正的没有加载另一个种是“unreferenced”的状态。详细信息参见第七章的类的生命周期 The Lifetime of a Class。1、类型信息Type Information每一个被加载的类型在Java虚拟机中都会在方法区中保存如下信息1、类型的全名The fully qualified name of the type2、类型的父类型的全名除非没有父类型或者弗雷形式java.lang.ObjectThe fully qualified name of the typeís direct superclass3、给类型是一个类还是接口class or an interfaceWhether or not the type is a class 4、类型的修饰符publicprivateprotectedstaticfinalvolatiletransient等The typeís modifiers 5、所有父接口全名的列表An ordered list of the fully qualified names of any direct superinterfaces 类型全名保存的数据结构由虚拟机实现者定义。除此之外Java虚拟机还要为每个类型保存如下信息 1、类型的常量池The constant pool for the type 2、类型字段的信息Field information 3、类型方法的信息Method information 4、所有的静态类变量非常量信息All class (static) variables declared in the type, except constants 5、一个指向类加载器的引用A reference to class ClassLoader 6、一个指向Class类的引用A reference to class Class 1、类型的常量池The constant pool for the type 常量池中保存中所有类型是用的有序的常量集合包含直接常量literals如字符串、整数、浮点数的常量和对类型、字段、方法的符号引用。常量池 中每一个保存的常量都有一个索引就像数组中的字段一样。因为常量池中保存中所有类型使用到的类型、字段、方法的字符引用所以它也是动态连接的主要对 象。详细信息参见第六章“The Java Class File”。 2、类型字段的信息Field information 字段名、字段类型、字段的修饰符publicprivateprotectedstaticfinalvolatiletransient等、字段在类中定义的顺序。 3、类型方法的信息Method information 方法名、方法的返回值类型或者是void、方法参数的个数、类型和他们的顺序、字段的修饰符publicprivateprotectedstaticfinalvolatiletransient等、方法在类中定义的顺序 如果不是抽象和本地本法还需要保存 方法的字节码、方法的操作数堆栈的大小和本地变量区的大小稍候有详细信息、异常列表详细信息参见第十七章“Exceptions”。 4、类静态变量Class Variables 类变量被所有类的实例共享即使不通过类的实例也可以访问。这些变量绑定在类上而不是类的实例上所以他们是类的逻辑数据的一部分。在Java虚拟机使用这个类之前就需要为类变量non-final分配内存 常量final的处理方式于这种类变量non-final不一样。每一个类型在用到一个常量的时候都会复制一份到自己的常量池中。常量也像类变 量一样保存在方法区中只不过他保存在常量池中。可能是类变量被所有实例共享而常量池是每个实例独有的。Non-final类变量保存为定义他的 类型数据data for the type that declares them的一部分而final常量保存为使用他的类型数据data for any type that uses them的一部分。详情参见第六章“The Java Class FileThe Java Class File” 5、指向类加载器的引用A reference to class ClassLoader 每一个被Java虚拟机加载的类型虚拟机必须保存这个类型是否由原始类加载器或者类加载器加载。那些被类加载器加载的类型必须保存一个指向类加载器的引 用。当类加载器动态连接时会使用这条信息。当一个类引用另一个类时虚拟机必须保存那个被引用的类型是被同一个类加载器加载的这也是虚拟机维护不同命 名空间的过程。详情参见第八章“The Linking Model” 6、指向Class类的引用A reference to class Class Java虚拟机为每一个加载的类型创建一个java.lang.Class类的实例。你也可以通过Class类的方法 public static Class forName(String className)来查找或者加载一个类并取得相应的Class类的实例。通过这个Class类的实例我们可以访问Java虚拟机方法区中的信息。具体参照Class类的JavaDoc。 2、方法列表Method Tables 为了更有效的访问所有保存在方法区中的数据这些数据的存储结构必须经过仔细的设计。所有方法区中除了保存了上边的那些原始信息外还有一个为了加快存 取速度而设计的数据结构比如方法列表。每一个被加载的非抽象类Java虚拟机都会为他们产生一个方法列表这个列表中保存了这个类可能调用的所有实例 方法的引用报错那些父类中调用的方法。详情参见第八章“The Linking Model” 五、堆 当Java程序创建一个类的实例或者数组时都在堆中为新的对象分配内存。虚拟机中只有一个堆所有的线程都共享他。1、垃圾收集Garbage Collection垃圾收集是释放没有被引用的对象的主要方法。它也可能会为了减少堆的碎片而移动对象。在Java虚拟机的规范中没有严格定义垃圾收集只是定义一个Java虚拟机的实现必须通过某种方式管理自己的堆。详情参见第九章“Garbage Collection”。2、对象存储结构Object RepresentationJava虚拟机的规范中没有定义对象怎样在堆中存储。每一个对象主要存储的是他的类和父类中定义的对象变量。对于给定的对象的引用虚拟机必须嫩耨很快的 定位到这个对象的数据。另为必须提供一种通过对象的引用方法对象数据的方法比如方法区中的对象的引用所以一个对象保存的数据中往往含有一个某种形式 指向方法区的指针。一个可能的堆的设计是将堆分为两个部分引用池和对象池。一个对象的引用就是指向引用池的本地指针。每一个引用池中的条目都包含两个部分指向对象池中对 象数据的指针和方法区中对象类数据的指针。这种设计能够方便Java虚拟机堆碎片的整理。当虚拟机在对象池中移动一个对象的时候只需要修改对应引用池中 的指针地址。但是每次访问对象的数据都需要处理两次指针。下图演示了这种堆的设计。在第九章的“垃圾收集”中的HeapOfFish Applet演示了这种设计。 另一种堆的设计是一个对象的引用就是一个指向一堆数据和指向相应对象的偏移指针。这种设计方便了对象的访问可是对象的移动要变的异常复杂。下图演示了这种设计 当程序试图将一个对象转换为另一种类型时虚拟机需要判断这种转换是否是这个对象的类型或者是他的父类型。当程序适用instanceof语句的时候也 会做类似的事情。当程序调用一个对象的方法时虚拟机需要进行动态绑定他必须判断调用哪一个类型的方法。这也需要做上面的判断。无论虚拟机实现者使用哪一种设计他都可能为每一个对象保存一个类似方法列表的信息。因为他可以提升对象方法调用的速度对提升虚拟机的性能非常重要但 是虚拟机的规范中比没有要求必须实现类似的数据结构。下图描述了这种结构。图中显示了一个对象引用相关联的所有的数据结构包括1、一个指向类型数据的指针2、一个对象的方法列表。方法列表是一个指向所有可能被调用对象方法的指针数组。方法数据包括三个部分操作码堆栈的大小和方法堆栈的本地变量区方法的字节码异常列表。每一个Java虚拟机中的对象必须关联一个用于同步多线程的lock(mutex)。同一时刻只能有一个对象拥有这个对象的锁。当一个拥有这个这个对象 的锁他就可以多次申请这个锁但是也必须释放相应次数的锁才能真正释放这个对象锁。很多对象在整个生命周期中都不会被锁所以这个信息只有在需要时才需 要添加。很多Java虚拟机的实现都没有在对象的数据中包含“锁定数据”只是在需要时才生成相应的数据。除了实现对象的锁定每一个对象还逻辑关联到一 个“wait set”的实现。锁定帮组线程独立处理共享的数据不需要妨碍其他的线程。“wait set”帮组线程协作完成同一个目标。“wait set”往往通过Object类的wait()和notify()方法来实现。 垃圾收集也需要堆中的对象是否被关联的信息。Java虚拟机规范中指出垃圾收集一个运行一个对象的finalizer方法一次但是容许 finalizer方法重新引用这个对象当这个对象再次不被引用时就不需要再次调用finalize方法。所以虚拟机也需要保存finalize方法 是否运行过的信息。更多信息参见第九章的“垃圾收集”3、数组的保存Array Representation 在Java 中数组是一种完全意义上的对象他和对象一样保存在堆中、有一个指向Class类实例的引用。所有同一维度和类型的数组拥有同样的Class数组的长 度不做考虑。对应Class的名字表示为维度和类型。比如一个整型数据的Class为“[I”字节型三维数组Class名为“[[[B”两维对象数据 Class名为“[[Ljava.lang.Object”。 数组必须在堆中保存数组的长度数组的数据和一些对象数组类型数据的引用。通过一个数组引用的虚拟机应该能够取得一个数组的长度通过索引能够访问特定 的数据能够调用Object定义的方法。Object是所有数据类的直接父类。更多信息参见第六章“类文件”。 六、基本结构 从Java平台的逻辑结构上来看我们可以从下图来了解JVM 从上图能清晰看到Java平台包含的各个逻辑模块也能了解到JDK与JRE的区别。 JVM自身的物理结构 此图看出jvm内存结构 JVM内存结构主要包括两个子系统和两个组件。两个子系统分别是Classloader子系统和Executionengine(执行引擎)子系统两个组件分别是Runtimedataarea(运行时数据区域)组件和Nativeinterface(本地接口)组件。 Classloader子系统的作用 根据给定的全限定名类名(如java.lang.Object)来装载class文件的内容到Runtimedataarea中的 methodarea(方法区域)。Java程序员可以extendsjava.lang.ClassLoader类来写自己的Classloader。 Executionengine子系统的作用 执行classes中的指令。任何JVMspecification实现(JDK)的核心都是Executionengine不同的JDK例如Sun的JDK和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Executionengine的好坏。 Nativeinterface组件 与nativelibraries交互是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界所以也很容易出现JVM无法控制的nativeheapOutOfMemory。 RuntimeDataArea组件 这就是我们常说的JVM的内存了。它主要分为五个部分—— 1、Heap(堆)一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间 2、MethodArea(方法区域)被装载的class的信息存储在Methodarea的内存中。当虚拟机装载某个类型时它使用类装载器定位相应的class文件然后读入这个class文件内容并把它传输到虚拟机中。 3、JavaStack(java的栈)虚拟机只会直接对Javastack执行两种操作以帧为单位的压栈或出栈 4、ProgramCounter(程序计数器)每一个线程都有它自己的PC寄存器也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的饿地址这里的地址可以是一个本地指针也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。 5、Nativemethodstack(本地方法栈)保存native方法进入区域的地址 对于JVM的学习在我看来这么几个部分最重要 Java代码编译和执行的整个过程JVM内存管理及垃圾回收机制 Java代码编译和执行的整个过程 Java代码编译是由Java源码编译器来完成流程图如下所示 Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成流程图如下所示 Java代码编译和执行的整个过程包含了以下三个重要的机制 Java源码编译机制类加载机制类执行机制 Java源码编译机制 Java 源码编译由以下三个过程组成javac –verbose 输出有关编译器正在执行的操作的消息 分析和输入到符号表注解处理语义分析和生成class文件 最后生成的class文件由以下部分组成 结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息、 类加载机制 JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述 1Bootstrap ClassLoader /启动类加载器 $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class由C实现不是ClassLoader子类 2Extension ClassLoader/扩展类加载器 负责加载java平台中扩展功能的一些jar包包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包 3App ClassLoader/ 系统类加载器 负责记载classpath中指定的jar包及目录中class 4Custom ClassLoader/用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader的子类) 属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader 加载过程中会先检查类是否被已加载检查顺序是自底向上从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查只要某个classloader已加载就视为已加载此类保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序 是自顶向下也就是由上层来逐层尝试加载此类。 类加载双亲委派机制介绍和分析 在这里需要着重说明的是JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时首先将加载任务委托给父类加载器依次递归如果父类加载器可以完成类加载任务就成功返回只有父类加载器无法完成此加载任务时才自己去加载。 类执行机制 JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后都会产生程序计数器PC和栈Stack程序计数器存放下一条要执行的指令 在方法内的偏移量栈中存放一个个栈帧每个栈帧对应着每个方法的每次调用而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成局部变量区用于存放方法中的局 部变量和参数操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。 内存管理和垃圾回收 JVM内存组成结构 JVM栈由堆、栈、本地方法栈、方法区等部分组成结构图如下所示 JVM内存回收 Sun的JVMGenerationalCollecting(垃圾回收)原理是这样的把对象分为年青代(Young)、年老代(Tenured)、持久代(Perm)对不同生命周期的对象使用不同的算法。(基于对对象生命周期分析) 1.Young年轻代 年轻代分三个区。一个Eden区两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时还存活的对象将被复制到Survivor区 两个中的一个当这个Survivor区满时此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区当这个Survivor去也满了的时候从第一 个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象将被复制年老区(Tenured。需要注意Survivor的两个区是对称的没先后关系所以 同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象和从前一个Survivor复制过来的对象而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对 象。而且Survivor区总有一个是空的。 2.Tenured年老代 年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。 3.Perm持久代 用于存放静态文件如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响但是有些应用可能动态生成或者调用一些class例如Hibernate 等在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize进行设置。 举个例子当在程序中生成对象时正常对象会在年轻代中分配空间如果是过大的对象也可能会直接在年老代生成据观测在运行某程序时候每次会生成一个十兆 的空间用收发消息这部分内存就会直接在年老代分配。年轻代在空间被分配完的时候就会发起内存回收大部分内存会被回收一部分幸存的内存会被拷贝至 Survivor的from区经过多次回收以后如果from区内存也分配完毕就会也发生内存回收然后将剩余的对象拷贝至to区。等到to区也满的时 候就会再次发生内存回收然后把幸存的对象拷贝至年老区。 通常我们说的JVM内存回收总是在指堆内存回收确实只有堆中的内容是动态申请分配的所以以上对象的年轻代和年老代都是指的JVM的Heap空间而持久代则是之前提到的MethodArea不属于Heap。 关于JVM内存管理的一些建议 1、手动将生成的无用对象中间对象置为null加快内存回收。 2、对象池技术如果生成的对象是可重用的对象只是其中的属性不同时可以考虑采用对象池来较少对象的生成。如果有空闲的对象就从对象池中取出使用没有再生成新的对象大大提高了对象的复用率。 3、JVM调优通过配置JVM的参数来提高垃圾回收的速度如果在没有出现内存泄露且上面两种办法都不能保证JVM内存回收时可以考虑采用JVM调优的方式来解决不过一定要经过实体机的长期测试因为不同的参数可能引起不同的效果。如-Xnoclassgc参数等。 转载于:https://www.cnblogs.com/java-chl/p/5614940.html
