JVM Mechanism

Java_Foundation

　JVM 是一个内存中的虚拟机，那它的存储就是内存了，我们写的所有类、常量、变量、方法都在内存中。
　
　JVM的体系结构, JVM的内部体系结构分为三部分:
1. 类装载器（Class Loader）
作用: 用来装载.class文件
2. 执行引擎 (Execution Engine)
作用: 执行字节码，或者执行本地方法
3. 运行时数据区 (Data Area)
方法区，堆，java栈，PC寄存器，本地方法栈

JVM将整个类加载过程划分为了三个步骤：
- 装载
装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类名、类所在的包名通过ClassLoader来完成类的加载，同样，也采用以上三个元素来标识一个被加载了的类：类名+包名+ClassLoader实例ID。
- 链接
链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量以及解析类中调用的接口、类。
在完成了校验后，JVM初始化类中的静态变量，并将其值赋为默认值。
最后一步为对类中的所有属性、方法进行验证，以确保其需要调用的属性、方法存在，以及具备应的权限（例如public、private域权限等），会造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等错误信息。
- 初始化
初始化过程即为执行类中的静态初始化代码、构造器代码以及静态属性的初始化，在四种情况下初始化过程会被触发执行：
调用了new；反射调用了类中的方法；子类调用了初始化；JVM启动过程中指定的初始化类。

• 第一块： PC寄存器, PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则PC寄存器中不存储任何信息。
• 第二块：JVM栈, JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame、函数的参数值，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址
• 第三块：堆（Heap）, Heap是大家最为熟悉的区域，它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。
• 第四块：方法区域（Method Area）
  
  • （1）方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，可见方法区域的重要性，同样，方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC；当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。
  • （2）在Sun JDK中这块区域对应的为Permanet Generation，又称为持久代，默认为64M，可通过-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize来指定其大小。
• 第五块：运行时常量池（Runtime Constant Pool）
  类似C中的符号表，存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。
• 第六块：本地方法堆栈（Native Method Stacks）
  JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。

JVM加载class文件的原理机制
　　1. Java 中的所有类，必须被装载到 JMV 中才能运行，这个装载工作是由 JVM 中的类装载器完成的，类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到内存中。
　　2. Java中的类大致分为三种：
　　a) 系统类
　　b) 扩展类
　　c) 由程序员自定义的类
　　3. 类装载方式，有两种：
　　a) 隐式装载，程序在运行过程中当碰到通过 new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中。
　　b) 显式装载，通过 class.forname() 等方法，显式加载需要的类。　　
　　4. 类加载的动态性体现
　　一个应用程序总是由n多个类组成，Java 程序启动时，并不是一次把所有的类全部加载后再运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次性加载到 JVM 中，其它类等到 JVM 用到的时候再加载，这样的好处是节省了内存的开销。因为java最早就是为嵌入式系统而设计的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到时再加载这也是 Java 动态性的一种体现。
　　5．Java 类装载器
　　Java 中的类装载器实质上也是类，功能是把类载入 JVM 中，值得注意的是 JVM 的类装载器并不是一个，而是三个，层次结构如下：

  Bootstrap Loader  负责加载系统类
  ExtClass Loader   负责加载扩展类
  AppClass Loader   负责加载应用类

　　为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区块，另一方面为了实现委托模型。
　　6. 类加载器之间是如何协调工作的
　　前面说了，Java中有三个类加载器，问题就来了，碰到一个类需要加载时，它们之间是如何协调工作的，即 Java 是如何区分一个类该由哪个类加载器来完成呢。
　　在这里Java采用了委托模型机制，这个机制简单来讲，就是“类装载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，如果 Parent 找不到，那么才由自己依照自己的搜索路径搜索类”，注意喔，这句话具有递归性。