虚拟机的生命周期

「爱情、让人受尽委屈。」 2021-09-28 00:20 270阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  JAVA虚拟机的体系结构
 *  数据类型
 *  类装载子系统
 *  方法区

转载自： [https://www.cnblogs.com/like-minded/p/5157667.html][https_www.cnblogs.com_like-minded_p_5157667.html]  
一个运行时的Java虚拟机实例的天职是：负责运行一个java程序。当启动一个Java程序时，一个虚拟机实例也就诞生了。当该程序关闭退出，这个虚拟机实例也就随之消亡。如果同一台计算机上同时运行三个Java程序，将得到三个Java虚拟机实例。每个Java程序都运行于它自己的Java虚拟机实例中。

Java虚拟机实例通过调用某个初始类的main()方法来运行一个Java程序。而这个main()方法必须是共有的(public)、静态的(static)、返回值为void，并且接受一个字符串数组作为参数。任何拥有这样一个main()方法的类都可以作为Java程序运行的起点。

public class Test {
     
    	public static void main(String[] args) {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		System.out.println("Hello World");
    	}
    }

在上面的例子中，Java程序初始类中的main()方法，将作为该程序初始线程的起点，任何其他的线程都是由这个初始线程启动的。  
在Java虚拟机内部有两种线程：守护线程和非守护线程。守护线程通常是由虚拟机自己使用的，比如执行垃圾收集任务的线程。但是，Java程序也可以把它创建的任何线程标记为守护线程。而Java程序中的初始线程——就是开始于main()的那个，是非守护线程。  
只要还有任何非守护线程在运行，那么这个Java程序也在继续运行。当该程序中所有的非守护线程都终止时，虚拟机实例将自动退出。假若安全管理器允许，程序本身也能够通过调用Runtime类或者System类的exit()方法来退出。

# JAVA虚拟机的体系结构 #

下图是JAVA虚拟机的结构图，每个Java虚拟机都有一个类装载子系统，它根据给定的全限定名来装入类型（类或接口）。同样，每个Java虚拟机都有一个执行引擎，它负责执行那些包含在被装载类的方法中的指令。  
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当JAVA虚拟机运行一个程序时，它需要内存来存储许多东西，例如：字节码、从已装载的class文件中得到的其他信息、程序创建的对象、传递给方法的参数，返回值、局部变量等等。Java虚拟机把这些东西都组织到几个“运行时数据区”中，以便于管理。  
某些运行时数据区是由程序中所有线程共享的，还有一些则只能由一个线程拥有。每个Java虚拟机实例都有一个方法区以及一个堆，它们是由该虚拟机实例中所有的线程共享的。当虚拟机装载一个class文件时，它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息。然后把这些类型信息放到方法区中。当程序运行时，虚拟机会把所有该程序在运行时创建的对象都放到堆中。  
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当每一个新线程被创建时，它都将得到它自己的PC寄存器（程序计数器）以及一个Java栈，如果线程正在执行的是一个Java方法（非本地方法），那么PC寄存器的值将总是指向下一条将被执行的指令，而它的Java栈则总是存储该线程中Java方法调用的状态——包括它的局部变量，被调用时传进来的参数、返回值，以及运算的中间结果等等。而本地方法调用的状态，则是以某种依赖于具体实现的方法存储在本地方法栈中，也可能是在寄存器或者其他某些与特定实现相关的内存区中。  
Java栈是由许多栈帧（stack frame）组成的，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态。当线程调用一个Java方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中，当该方法返回时，这个栈帧被从Java栈中弹出并抛弃。  
Java虚拟机没有寄存器，其指令集使用Java栈来存储中间数据。这样设计的原因是为了保持Java虚拟机的指令集尽量紧凑、同时也便于Java虚拟机在那些只有很少通用寄存器的平台上实现。另外，Java虚拟机这种基于栈的体系结构，也有助于运行时某些虚拟机实现的动态编译器和即时编译器的代码优化。  
下图描绘了Java虚拟机为每一个线程创建的内存区，这些内存区域是私有的，任何线程都不能访问另一个线程的PC寄存器或者Java栈。  
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上图展示了一个虚拟机实例的快照，它有三个线程正在执行。线程1和线程2都正在执行Java方法，而线程3则正在执行一个本地方法。  
Java栈都是向下生长的，而栈顶都显示在图的底部。当前正在执行的方法的栈帧则以浅色表示，对于一个正在运行Java方法的线程而言，它的PC寄存器总是指向下一条将被执行的指令。比如线程1和线程2都是以浅色显示的，由于线程3当前正在执行一个本地方法，因此，它的PC寄存器——以深色显示的那个，其值是不确定的。

# 数据类型 #

Java虚拟机是通过某些数据类型来执行计算的，数据类型可以分为两种：基本类型和引用类型，基本类型的变量持有原始值，而引用类型的变量持有引用值。  
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Java语言中的所有基本类型同样也都是Java虚拟机中的基本类型。但是boolean有点特别，虽然Java虚拟机也把boolean看做基本类型，但是指令集对boolean只有很有限的支持，当编译器把Java源代码编译为字节码时，它会用int或者byte来表示boolean。在Java虚拟机中，false是由整数零来表示的，所有非零整数都表示true，涉及boolean值的操作则会使用int。另外，boolean数组是当做byte数组来访问的，但是在“堆”区，它也可以被表示为位域。  
Java虚拟机还有一个只在内部使用的基本类型：returnAddress，Java程序员不能使用这个类型，这个基本类型被用来实现Java程序中的finally子句。该类型是jsr, ret以及jsr\_w指令需要使用到的，它的值是JVM指令的操作码的指针。returnAddress类型不是简单意义上的数值，不属于任何一种基本类型，并且它的值是不能被运行中的程序所修改的。  
Java虚拟机的引用类型被统称为“引用（reference）”，有三种引用类型：类类型、接口类型、以及数组类型，它们的值都是对动态创建对象的引用。类类型的值是对类实例的引用；数组类型的值是对数组对象的引用，在Java虚拟机中，数组是个真正的对象；而接口类型的值，则是对实现了该接口的某个类实例的引用。还有一种特殊的引用值是null，它表示该引用变量没有引用任何对象。

# 类装载子系统 #

在JAVA虚拟机中，负责查找并装载类型的那部分被称为类装载子系统。  
JAVA虚拟机有两种类装载器：启动类装载器和用户自定义类装载器。前者是JAVA虚拟机实现的一部分，后者则是Java程序的一部分。由不同的类装载器装载的类将被放在虚拟机内部的不同命名空间中。  
类装载器子系统涉及Java虚拟机的其他几个组成部分，以及几个来自java.lang库的类。比如，用户自定义的类装载器是普通的Java对象，它的类必须派生自java.lang.ClassLoader类。ClassLoader中定义的方法为程序提供了访问类装载器机制的接口。此外，对于每一个被装载的类型，JAVA虚拟机都会为它创建一个java.lang.Class类的实例来代表该类型。和所有其他对象一样，用户自定义的类装载器以及Class类的实例都放在内存中的堆区，而装载的类型信息则都位于方法区。  
类装载器子系统除了要定位和导入二进制class文件外，还必须负责验证被导入类的正确性，为类变量分配并初始化内存，以及帮助解析符号引用。这些动作必须严格按以下顺序进行：  
（1）装载——查找并装载类型的二进制数据。  
（2）连接——指向验证、准备、以及解析（可选）。  
●　验证　　确保被导入类型的正确性。  
●　准备　　为类变量分配内存，并将其初始化为默认值。  
●　解析　　把类型中的符号引用转换为直接引用。  
（3）初始化——把类变量初始化为正确初始值。  
每个JAVA虚拟机实现都必须有一个启动类装载器，它知道怎么装载受信任的类。  
每个类装载器都有自己的命名空间，其中维护着由它装载的类型。所以一个Java程序可以多次装载具有同一个全限定名的多个类型。这样一个类型的全限定名就不足以确定在一个Java虚拟机中的唯一性。因此，当多个类装载器都装载了同名的类型时，为了惟一地标识该类型，还要在类型名称前加上装载该类型（指出它所位于的命名空间）的类装载器标识。

# 方法区 #

在Java虚拟机中，关于被装载类型的信息存储在一个逻辑上被称为方法区的内存中。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——1个线性二进制数据流，然后它传输到虚拟机中，紧接着虚拟机提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。该类型中的类（静态）变量同样也是存储在方法区中。  
JAVA虚拟机在内部如何存储类型信息，这是由具体实现的设计者来决定的。  
当虚拟机运行Java程序时，它会查找使用存储在方法区中的类型信息。由于所有线程都共享方法区，因此它们对方法区数据的访问必须被设计为是线程安全的。比如，假设同时有两个线程都企图访问一个名为Lava的类，而这个类还没有被装入虚拟机，那么，这时只应该有一个线程去装载它，而另一个线程则只能等待。  
对于每个装载的类型，虚拟机都会在方法区中存储以下类型信息：  
　　●　这个类型的全限定名  
　　●　这个类型的直接超类的全限定名（除非这个类型是java.lang.Object，它没有超类）  
　　●　这个类型是类类型还是接口类型  
　　●　这个类型的访问修饰符（public、abstract或final的某个子集）  
　　●　任何直接超接口的全限定名的有序列表  
除了上面列出的基本类型信息外，虚拟机还得为每个被装载的类型存储以下信息：  
　　●　该类型的常量池  
　　●　字段信息  
　　●　方法信息  
　　●　除了常量以外的所有类（静态）变量  
　　●　一个到类ClassLoader的引用  
　　●　一个到Class类的引用

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