JVM原理分析

一.Javac 
1.Javac编译器的作用 
将符合Java语言规范的源代码转化成符合Java虚拟机规范的Java字节码。 

2.编译器主要的几个处理阶段 
词法分析、语法分析、语义分析和代码生成，基于访问者模式来遍历语法树的过程。 

二.ClassLoader 
将Class加载到JVM中，审查每个类应该由谁加载，将Class字节码重新解析成JVM统一要求的对象格式。 

1.ClassLoader等级加载机制 
(1)Bootstrap ClassLoader，主要加载JVM自身工作需要的类，这个ClassLoader完全是JVM自己控制的，没有更高一级的父加载器，也没有子加载器。 
(2)ExtClassLoader，它服务的特定目标在System.getProperty("java.ext.dirs")目录下。 
(3)AppClassLoader，它的父类是ExtClassLoader。所有在System.getProperty("java.class.path")目录下的类都可以被这个类加载器加载。 
扩展类加载器，通常是继承URLClassLoader类或是其他子类，它的父加载器都是AppClassLoader，因为不管调用哪个父类构造器，创建的对象都必须最终调用getSystemClassLoader()作为父加载器获得AppClassLoader。 

2.加载class文件 
(1)找到.class文件并把这个文件包含的字节码加载到内存中，通过ClassLoader类findClass()方法来实现。 
(2)又可分为三个步骤，分别是字节码验证、Class类数据结构分析及相应的内存分配和最后的符号表的链接。 
(3)类中静态属性和初始化赋值，以及静态块的执行等。 

3.显示加载一个类的方式 
(1)通过类Class中的forName()方法。 
(2)通过类ClassLoader中的loadClass()方法。 
(3)通过类ClassLoader中的findSystemClass()。 

4.什么情况下实现自己的ClassLoader 
(1)在自定义路径下查找自定义的class类文件。 
(2)保证通过网络传输的类的安全性，可以将类经过加密后再传输，在加载到JVM之前需要对类的字节码再解密。 
(3)如果我们可以检查已经加载的class文件是否被修改，如果修改了，可以重新加载这个类，从而实现类的热部署。 

三.JVM 
1.体系结构 
(1)类加载器，在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。 
(2)执行引擎，任务是负责执行class文件中包含的字节码指令，相当于实际机器上的CPU。 
(3)内存区，将内存划分成若干个区以模拟实际机器上的存储、记录和调度功能模块，如实际机器上的各种功能的寄存器或者PC指针的记录器等。 
(4)本地方法调用，调用C或C++实现的本地方法代码返回结果。 

2.类加载器 
每一个被JVM装载的类型都有一个对应的java.lang.Class类的实例来表示该类型。 

3.执行引擎 
执行引擎是JVM的核心部分，执行引擎的作用就是解析JVM字节码指令，得到执行结果。执行引擎具体采取什么方式由JVM的实现厂家自己去实现。 
(1)直接解释执行。 
(2)采用JIT技术，将字节码转成本地代码去执行。如JVM在执行程序时会记录某个方法的执行次数，如果次数到一个阀值就会编译这个方法为本地代码。 
(3)基于栈的架构，实现JVM跨平台，更好地优化代码和指令的紧凑性。如SUN的hotspot是基于栈的执行引擎。 
(4)基于寄存器的架构，性能较好，但无法跨平台，因为在没有或者很少的寄存器的机器上也要同样能正确地执行Java代码。如Google的Android平台上的Dalvik VM就是基于特定芯片(ARM)设计的基于寄存器的架构。 

4.内存管理
(1)PC寄存器，用于保存当前正常执行的程序的内存地址。 
(2)本地方法栈，为JVM运行Native方法准备的空间，很多Native方法都是用C语言实现的，所有它通常又叫C栈。 
(3)Java栈，当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的Java栈，这个Java栈中又会含有多个栈帧，一个栈帧对应一个方法和方法内的变量，返回值等信息。 
(4)Java堆，存储Java对象的地方，它是JVM管理Java对象的核心存储区域，被所有Java线程所共享。 
(5)方法区，用于存储类结构信息，包括：常量池、域、方法数据、方法体、构造函数、实例初始化、接口初始化都存储在这个区域。属于Java堆中的永久区。 
(6)常量池，包括：编译期的数字常量、方法或者域的引用。属于方法区的一部分。 

5.内存分配策略 
(1)静态内存分配 
(2)栈内存分配 
(3)堆内存分配 

6.内存回收策略 
(1)静态内存分配和回收，Java被编译时就已经能够确定需要的内存空间，当程序被加载时系统把内存一次性分配给它。如局部变量包括数据原生类型(long等占用8个字节)和对象的引用(Object对象类型引用会占用4个字节空间)。 
(2)动态内存分配和回收，Java中对象的内存空间是动态分配的，所谓的动态分配就是在程序执行时才知道要分配的存储空间大小。 
(3)基于分代的垃圾收集方式，把对象按照寿命长短来分组，分为年轻代和年老代，新创建的对象被分在年轻代，如果对象经过几次回收后仍然存活，那么再把这个对象划分到年老代。年老代的收集品读不像年轻代那么频繁。