01. JVM概览

LiuSongLing大约 6 分钟

身为Java开发者，对JVM 有一个准确的宏观认识，可以方便的让我们对程序是如何在机器上运行的有大概的认识。

对于无法触摸的代码或者概念而言，谈起内存，脑海中都会浮现出内存条的形象，这种实物带给我们对内存最直观的理解，本文的 JVN 也是一样。

1.什么是JVM

JVM 是支持执行 Java 字节码的虚拟机。JVM 充当 Java 编程语言和底层硬件之间的解释器。它为 Java 应用程序提供了一个运行时环境，以便在不同的平台和作系统上运行。

运行 java -version 指令可以查看当前的 JDK 版本，信息类似下面这样

➜  ~ java -version
java version "1.8.0_281"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_281-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.281-b09, mixed mode)

#最下面一行显示 64 位的 HotSpot Server VM，说明当前 JDK 使用的是 HotSpot Server 版本虚拟机.
#实际上从 JDK1.3 开始，HotSpot VM 就已经是 Sun JDK 及 OpenJDK（JDK 的开源版本） 的默认虚拟机了，也是目前使用最广的虚拟机。
#名称中的 HotSpot 代表其具有的热点代码探测技术，可以通过计数器找出最具有编译价值的代码，然后通知 JIT 编译器以方法为单位进行编译。
#这样通过编译器和解释器恰当的协同工作，可以在程序响应时间和执行性能中取得最佳的平衡。

以下这张图，很清晰的描绘了整个JVM的内部结构，以及各部分的交互和作用：

从上图可以看到，JVM 由三大组件组成，通过这三大组件，串联起来整个运行过程：

Class Loader 类加载器：类加载器负责查找和加载类文件（.class文件），它是JVM执行的第一步。类加载器按照类的全限定名定位类文件，将二进制数据流转化为方法区内的运行时数据结构，并最终创建 java.lang.Class 类的实例。
Runtime Memory/Data Area 运行时内存/数据区：物理内存中开辟一块内存存储 jvm需要用到的对象，变量等，运行区数据有分很多小区，分别为：方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器
Execution Engine 执行引擎：负责执行字节码指令，采用解释器逐条解释执行字节码。
Native Interface 本地接口：提供Java代码与操作系统交互的能力，允许Java代码通过JNI（Java Native Interface）调用本地的C/C++代码。

2.代码执行时JVM如何运行

假设目前我们写了一个 Java 程序，如下：

public class Test{
        public void hello(int a){
                 int b = a+1;
        }
        public static vid main(String args){
                 Test test = new Test();
                 test.hello(1);
        }
)

这段 Java 代码类 Test 中提供函数 hello() 和主入口函数 main() 的定义和使用。

当执行这个程序时，JVM（Java 虚拟机）会按照以下步骤来执行这段代码：

2.1 编译阶段

首先，通过 Java 编译器（如 javac）将这段源代码编译成 .class 字节码文件。

将会生成 Test.class 文件。现代的很多都是通过开发工具运行时自动帮我们编译了。

2.2 类加载阶段

当程序启动并执行 Test 类的 main() 方法时，JVM 的类加载器会找到 Test.class 文件，并将其加载到 JVM 中。
加载过程中，类加载器会验证字节码文件的结构、元数据和符号引用，确保它们符合 JVM 规范。同时类的加载需要符合双亲委派模型：

整个类加载过程如下图：

2.3 内存分配

JVM 为 Test 类创建对应的类对象，在这个例子中，Test整个类的字节码信息将被加载到方法区。
在执行 main() 方法时，遇到 Test test = new Test(); 这一行，JVM 会在堆区为 Test 对象分配内存空间，并调用其构造函数初始化对象。Test类的一个实例（即test对象）会被分配在堆上。

2.4 方法执行

它会在当前线程的Java方法栈上为 hello() 方法创建一个新的栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈和其他运行时信息。
局部变量表中分配空间给形参 a 并初始化为传入的值 1。
根据字节码指令计算 a+1，并将结果赋值给局部变量 b。
执行完毕后，hello() 方法完成其逻辑且无返回值，因此栈帧被弹出，控制权返回到 main() 方法的栈帧。
如果程序中使用了 native 方法（本地方法），那么本地方法栈将会涉及到，但在这里并没有使用 native 方法。
当执行到 test.hello(1); 时，JVM 查找 hello() 方法的字节码指令并开始执行。

这里是一段代码，当是一个服务时就涉及运行时数据区的垃圾回收了.

3.常见的JVM设置

-Xms：设置堆的初始大小。
-Xmx：设置堆的最大大小。
-Xmn：设置年轻代的大小。
-Xss：设置线程栈的大小。
-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize：设置永久代的初始大小和最大大小（在Java 8及之前的版本中使用）。
-XX:MaxMetaspaceSize：设置元空间的最大大小（在Java 8及之后的版本中替代了永久代）。
-XX:NewRatio：设置年轻代与老年代的比例。
-XX:MaxTenuringThreshold：设置对象在年轻代中经过多少次垃圾回收后进入老年代。
-XX:SurvivorRatio：设置Eden区和两个Survivor区的比例。
-XX:+UseParallelGC 或 -XX:+UseConcMarkSweepGC 等：选择垃圾回收器。

至此我们通过一段代码知道这些JVM组件共同协作，使得JVM能够加载、验证、执行Java字节码，并提供平台无关性、自动内存管理和安全性保障等特性。

01. JVM概览

# 1.什么是JVM

# 2.代码执行时JVM如何运行

# 2.1 编译阶段

# 2.2 类加载阶段

# 2.3 内存分配

# 2.4 方法执行

# 3.常见的JVM设置