JVM工作原理和特点

JVM工作原理和特点主要是指操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成,通过下面4步来完成JVM环境.

1.创建JVM装载环境和配置

2.装载JVM.dll

3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例

4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。

在我们运行和调试Java程序的时候,经常会提到一个JVM的概念.JVM是Java程序运行的环境,但是他同时一个操作系统的一个 应用程序一个进程,因此他也有他自己的运行的生命周期,也有自己的代码和数据空间.

首先来说一下JVM工作原理中的jdk这个东西,不管你是初学者还是高手,是j2ee程序员还是j2se程序员,jdk总是在帮我们做一些 事情.我们在了解Java之前首先大师们会给我们提供说jdk这个东西.它在Java整个体系中充当着什么角色呢?我很惊叹sun大师们设计天才,能把一 个如此完整的体系结构化的如此完美.jdk在这个体系中充当一个生产加工中心,产生所有的数据输出,是所有指令和战略的执行中心.本身它提供了Java的 完整方案,可以开发目前Java能支持的所有应用和系统程序.这里说一个问题,大家会问,那为什么还有j2me,j2ee这些东西,这两个东西目的很简 单,分别用来简化各自领域内的开发和构建过程.jdk除了JVM之外,还有一些核心的API,集成API,用户工具,开发技术,开发工具和API等组成

好了,废话说了那么多,来点于主题相关的东西吧.JVM在整个jdk中处于最底层,负责于操作系统的交互,用来屏蔽操作系统环境,提供一个 完整的Java运行环境,因此也就虚拟计算机. 操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成,通过下面4步来完成JVM环境.

1.创建JVM装载环境和配置

2.装载JVM.dll

3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例

4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。

一．JVM装入环境，JVM提供的方式是操作系统的动态连接文件． 既然是文件那就一个装入路径的问 题，Java是怎么找这个路径的呢？当你在调用Java test的时候，操作系统会在path下在你的Java.exe程序，Java.exe就通过下面一个过程来确定JVM的路径和相关的参数配置了．下面基 于Windows的实现的分析．

首先查找jre路径，Java是通过GetApplicationHome api来获得当前的Java.exe绝对路径，c:/j2sdk1.4.2_09/bin/Java.exe,那么它会截取到绝对路径c: /j2sdk1.4.2_09/，判断c:/j2sdk1.4.2_09/bin/Java.dll文件是否存在，如果存在就把c: /j2sdk1.4.2_09/作为jre路径，如果不存在则判断c:/j2sdk1.4.2_09/jre/bin/Java.dll是否存在，如果存 在这c:/j2sdk1.4.2_09/jre作为jre路径．如果不存在调用GetPublicJREHome查HKEY_LOCAL_MACHINE /Software/JavaSoft/Java Runtime Environment/“当前JRE版本号”/JavaHome的路径为jre路径。

然后装载JVM.cfg文件JRE路径+/lib+/ARCH（CPU构架）+/JVM.cfgARCH（CPU构架）的判断是通过 Java_md.c中GetArch函数判断的，该函数中windows平台只有两种情况：WIN64的‘ia64’，其他情况都为‘i386’。以我的 为例：C:/j2sdk1.4.2_09/jre/lib/i386/JVM.cfg.主要的内容如下：

-client KNOWN   
-server KNOWN   
-hotspot ALIASED_TO -client   
-classic WARN   
-native ERROR   
-green ERROR  

在我们的jdk目录中jre/bin/server和jre/bin/client都有JVM.dll文件存在，而Java正是通过JVM.cfg 配置文件来管理这些不同版本的JVM.dll的．通过文件我们可以定义目前jdk中支持那些JVM,前面部分（client）是JVM名称，后面是参 数，KNOWN表示JVM存在，ALIASED_TO表示给别的JVM取一个别名，WARN表示不存在时找一个JVM替代，ERROR表示不存在抛出异 常．在运行Java XXX是，Java.exe会通过CheckJVMType来检查当前的JVM类型，Java可以通过两种参数的方式来指定具体的JVM类型，一种按照 JVM.cfg文件中的JVM名称指定，第二种方法是直接指定，它们执行的方法分别是“Java -J”、“Java -XXaltJVM=”或“Java -J-XXaltJVM=”。如果是第一种参数传递方式，CheckJVMType函数会取参数‘-J’后面的JVM名称，然后从已知的JVM配置参数中 查找如果找到同名的则去掉该JVM名称前的‘-’直接返回该值；而第二种方法，会直接返回“-XXaltJVM=”或“-J-XXaltJVM=”后面的 JVM类型名称；如果在运行Java时未指定上面两种方法中的任一一种参数，CheckJVMType会取配置文件中第一个配置中的JVM名称，去掉名称 前面的‘-’返回该值。CheckJVMType函数的这个返回值会在下面的函数中汇同jre路径组合成JVM.dll的绝对路径。如果没有指定这会使用 JVM.cfg中第一个定义的JVM.可以通过set _Java_LAUNCHER_DEBUG=1在控制台上测试．

最后获得JVM.dll的路径，JRE路径+/bin+/JVM类型字符串+/JVM.dll就是JVM的文件路径了，但是如果在调用 Java程序时用-XXaltJVM=参数指定的路径path,就直接用path+/JVM.dll文件做为JVM.dll的文件路径．

二：装载JVM.dll

通过第一步已经找到了JVM的路径，Java通过LoadJavaVM来装入JVM.dll文件．装入工作很简单就是调用Windows API函数：

LoadLibrary装载JVM.dll动态连接库．然后把JVM.dll中的导出函数JNI_CreateJavaVM和 JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs挂接到InvocationFunctions变量的CreateJavaVM和 GetDefaultJavaVMInitArgs函数指针变量上。JVM.dll的装载工作宣告完成。

三：初始化JVM，获得本地调用接口， 这样就可以在Java中调用JVM的函数了．调用 InvocationFunctions－>CreateJavaVM也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法获得JNIEnv结构的 实例．

四：运行Java程序．

Java程序有两种方式一种是jar包，一种是class. 运行jar,Java -jar XXX.jar运行的时候，Java.exe调用GetMainClassName函数，该函数先获得JNIEnv实例然后调用Java类 Java.util.jar.JarFileJNIEnv中方法getManifest()并从返回的Manifest对象中取 getAttributes("Main-Class")的值即jar包中文件：META-INF/MANIFEST.MF指定的Main-Class的 主类名作为运行的主类。之后main函数会调用Java.c中LoadClass方法装载该主类（使用JNIEnv实例的FindClass）。main 函数直接调用Java.c中LoadClass方法装载该类。如果是执行class方法。main函数直接调用Java.c中LoadClass方法装载 该类。

然后main函数调用JNIEnv实例的GetStaticMethodID方法查找装载的class主类中

“public static void main(String[] args)”方法，并判断该方法是否为public方法，然后调用JNIEnv实例的

CallStaticVoidMethod方法调用该Java类的main方法。 

JVM工作原理和特点介绍到这里。

 

http://developer.51cto.com/art/200907/135143.htm

JVM 方法区

标签： jvmclassjava存储classloader数据结构

2010-10-19 16:15 668人阅读 评论(0) 收藏 举报

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Java（48） 

在一个jvm实例的内部，类信息被存储在一个称为方法区的内存逻辑区中。类信息是由类加载器在类加载时从类文件中提取出来的。类(静态)变量 也存储在方法区中。 

jvm实现的设计者决定了类 信息的内部表现形式 。如，多字节变量在类文件是以big-endian存储的，但在加载到方法区后，其存放形式由 jvm根据不同的平台来具体定义。 

jvm在运行应用时要大量使用存储在方法区中的类信息。在类信息的表示上，设计者除了要尽可能提高应用的运行效率外，还要考虑空间问题。根据 不同的需求，jvm的实现者可以在时间和空间上追求一种平衡。 

因为方法区是被所有线程共享的，所以必须考虑数据的线程安全。假如两个线程都在试图找lava的类，在lava类还没有被加载的情况下，只应该有 一个线程去加载，而另一个线程等待。 

方法区的大小不必是固定的，jvm可以根据应用的需要动态调整。同样方法区也不必是连续的。方法区可以在堆(甚至是虚拟机自己的堆)中分配。 jvm可以允许用户和程序指定方法区的初始大小，最小和最大尺寸。 

方法区同样存在垃圾收集，因为通过用户定义的类加载器可以动态扩展java程序，一些类也会成为垃圾。jvm可以回收一个未被引用类所占的空间， 以使方法区的空间最小。 

类信息 
对每个加载的类，jvm必须在方法区中存储以下类信息： 
一 这个类的完整有效名 
二 这个类直接父类的完整有效名 (除非这个类是interface或是 
    java.lang.Object，两种情况下都没有父类) 
三 这个类的修饰符 (public,abstract, final的某个子集) 
四 这个类直接接口的一个有序列表 

类名称在java类文件和jvm中都以完整有效名出现。在java源代码中，完整有效名由类的所属包名称加一个"."，再加上类名 
组成。例如，类Object的所属包为java.lang，那它的完整名称为java.lang.Object，但在类文件里，所有的"."都被 
斜杠“/”代替，就成为java/lang/Object。完整有效名在方法区中的表示根据不同的实现而不同。 

除了以上的基本信息外，jvm还要为每个类保存以下信息： 
类的常量池 ( constant pool) 
域(Field)信息 
方法(Method)信息 
除了常量外的所有静态(static)变量 

常量池 
jvm为每个已加载的类都维护一个常量池。常量池就是这个类用到的常量的一个有序集合，包括实际的常量(string, 
integer, 和floating point常量)和对类，域和方法的符号引用。池中的数据项象数组项一样，是通过索引访问的。 
因为常量池存储了一个类所使用到的所有类，域和方法的符号引用，所以它在java程序的动态链接中起了核心的作用。 

域信息 
jvm必须在方法区中保存类的所有域的相关信息以及域的声明顺序， 
域的相关信息包括： 
域名 
域类 
域修饰符(public, private, protected,static,final   volatile, transient的某个子集) 
        
方法信息 
jvm必须保存所有方法的以下信息，同样域信息一样包括声明顺序 
方法名 
方法的返回类(或 void) 
方法参数的数量和类(有序的) 
方法的修饰符(public, private, protected, static, final, synchronized, native, abstract的一个子集)除了abstract和native方法外，其他方法还有保存方法的字节码(bytecodes)操作数栈和方法栈帧的局部 变量区的大小           
异常表 

类变量 ( 
  Class Variables 
  译者:就是类的静态变量，它只与类相关，所以称为类变量 
) 
类变量被类的所有实例共享，即使没有类实例时你也可以访问它。这些变量只与类相关，所以在方法区中，它们成为类数据在逻辑上的一部分。在jvm使 用一个类之前，它必须在方法区中为每个non-final类变量分配空间。 

常量 (被声明为final的类变量)的处理方法则不同，每个常量都会在常量池中有一个拷贝。non-final类变量被存储在声明它的 
类信息内，而final类被存储在所有使用它的类信息内。 

对类加载器 的引用 
jvm必须知道一个类是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类是由用户类加载器加载的，那么jvm会将这个类加载器的一个 引用作为类信息的一部分保存在方法区中。 

jvm在动态链接的时候需要这个信息。当解析一个类到另一个类的引用的时候，jvm需要保证这两个类的类加载器是相同的。这对jvm区分名 字空间的方式是至关重要的。 

对Class类的引用 
jvm为每个加载的类(译者：包括类和接口)都创建一个java.lang.Class的实例 。而jvm必须以某种方式把Class的这个实例 和存储在方法区中的类数据联系起来。 

你可以通过Class类的一个静态方法得到这个实例的引用// A method declared in class java.lang.Class: 
public static Class forName(String className); 

假如你调用forName("java.lang.Object")，你会得到与java.lang.Object对应的类对象。你甚至可以通过 这个函数 
得到任何包中的任何已加载的类引用，只要这个类能够被加载到当前的名字空间。如果jvm不能把类加载到当前名字空间， 
forName就会抛出ClassNotFoundException。 
(译者：熟悉COM的朋友一定会想到，在COM中也有一个称为      类对象(Class Object)的东东，这个类对象主要      是实现一种工厂模式，而java由于有了jvm这个中间      层，类对象可以很方便的提供更多的信息。这两种类对象      都是Singleton的) 

也可以通过任一对象的getClass()函数得到类对象的引用，getClass被声明在Object类中： 
// A method declared in class java.lang.Object: 
public final Class getClass(); 
例如，假如你有一个java.lang.Integer的对象引用，可以激活getClass()得到对应的类引用。 

通过类对象的引用，你可以在运行中获得相应类存储在方法区中的类信息，下面是一些Class类提供的方法： 
// Some of the methods declared in class java.lang.Class: 
public String getName(); 
public Class getSuperClass(); 
public boolean isInterface(); 
public Class[] getInterfaces(); 
public ClassLoader getClassLoader(); 

这些方法仅能返回已加载类的信息。getName()返回类的完整名，getSuperClass()返回父类的类对 象，isInterface()判断是否是接口。getInterfaces()返回一组类对象，每个类对象对应一个直接父接口。如果没有，则返回一个长 度为零的数组。 
getClassLoader()返回类加载器的引用，如果是由启动类加载器加载的则返回null。所有的这些信息都直接从方法区中获得。 

方法表 
为了提高访问效率，必须仔细的设计存储在方法区中的数据信息结构。除了以上讨论的结构，jvm的实现者还可以添加一些其他的数据结构，如方法表。 jvm对每个加载的非虚拟类的类信息中都添加了一个方法表，方法表是一组对类实例方法的直接引用(包括从父类继承的方法)。jvm可以通过方法表快速激 活实例方法。(译者：这里的方法表与C++中的虚拟函数表一样，但java方法全都 是virtual的，自然也不用虚拟二字了。正像java宣称没有      指针了，其实java里全是指针。更安全只是加了更完备的检查机制，但这都是以牺牲效率为代价的,个人认为java的设计者      始终是把安全放在效率之上的，所有java才更适合于网络开发) 

一个例子 
为了显示jvm如何使用方法区中的信息，我们据一个例子，我们 
看下面这个类： 
class Lava { 
    private int speed = 5; // 5 kilometers per hour 
    void flow() { 
    } 
} 

class Volcano { 
    public static void main(String[] args) { 
        Lava lava = new Lava(); 
        lava.flow(); 
    } 
} 
下面我们描述一下main()方法的第一条指令的字节码是如何被执行的。不同的jvm实现的差别很大，这里只是其中之一。 

为了运行这个程序，你以某种方式把“Volcano"传给了jvm。有了这个名字，jvm找到了这个类文件(Volcano.class)并读 入，它从 
类文件提取了类信息并放在了方法区中，通过解析存在方法区中的字节码，jvm激活了main()方法，在执行时，jvm保持了一个指向当前类 (Volcano)常量池的指针。 

注意jvm在还没有加载Lava类的时候就已经开始执行了。正像大多数的jvm一样，不会等所有类都加载了以后才开始执行，它只会在需要的时候才 加载。 

main()的第一条指令告知jvm为列在常量池第一项的类分配足够的内存。jvm使用指向Volcano常量池的指针找到第一项，发现是一个对 Lava类的符号引用，然后它就检查方法区看lava是否已经被加载了。 

这个符号引用仅仅是类lava的完整有效名”lava“。这里我们看到为了jvm能尽快从一个名称找到一个类，一个良好的数据结构是多么重要。这 里jvm的实现者可以采用各种方法，如hash表，查找树等等。同样的算法可以用于Class类的forName()的实现。 

当jvm发现还没有加载过一个称为"Lava"的类，它就开始查找并加载类文件"Lava.class"。它从类文件中抽取类信息并放在了方法 区中。 

jvm于是以一个直接指向方法区lava类的指针替换了常量池第一项的符号引用。以后就可以用这个指针快速的找到lava类了。而这个替换过程称 为常量池解析(constant pool resolution)。在这里我们替换的是一个native指针。 

jvm终于开始为新的lava对象分配空间了。这次，jvm仍然需要方法区中的信息。它使用指向lava数据的指针(刚才指向volcano常量 池第一项的指针)找到一个lava对象究竟需要多少空间。 

jvm总能够从存储在方法区中的类信息知道某类对象需要的空间。但一个对象在不同的jvm中可能需要不同的空间，而且它的空间分布也是不同 的。(译者：这与在C++中，不同的编译器也有不同的对象模型是一个道理) 

一旦jvm知道了一个Lava对象所要的空间，它就在堆上分配这个空间并把这个实例的变量speed初始化为缺省值0。假如lava的父对象也有 实例变量，则也会初始化。 

当把新生成的lava对象的引用压到栈中，第一条指令也结束了。下面的指令利用这个引用激活java代码把speed变量设为初始值，5。另外一 条指令会用这个引用激活Lava对象的flow()方法。

 

http://hetaohappy1.javaeye.com/blog/780603