Java虚拟机工作原理详解
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Java虚拟机工作原理详解
一、类加载器
首先来看一下java程序的执行过程。
从这个框图很容易大体上了解java程序工作原理。首先,你写好java代码,保存到硬盘当中。
然后你在命令行中输入
[java]view plaincopy
1.javac YourClassName.java
此时,你的java代码就被编译成字节码(.class).
如果你是在Eclipse IDE或者其他开发工具中,你保存代码的时候,开发工具已经帮你完成了上述的编译工作,因此你可以在对应的目录下看到class文件。此时的class文件依然是保存
在硬盘中,因此,当你在命令行中运行
[java]view plaincopy
1.java YourClassName
就完成了上面红色方框中的工作。JRE的来加载器从硬盘中读取class文件,载入到系统分配给JVM的内存区域--运行数据区(Runtime Data Areas). 然后执行引擎解释或者编译类文件,转化成特定CPU的机器码,CPU执行机器码,至此完成整个过程。
接下来就重点研究一下类加载器究竟为何物?又是如何工作的?
首先看一下来加载器的一些特点,有点抽象,不过总有帮助的。
》》层级结构
类加载器被组织成一种层级结构关系,也就是父子关系。其中,Bootstrap是所有类加载器的父亲。如下图所示:
--Bootstrap class loader:
当运行java虚拟机时,这个类加载器被创建,它加载一些基本的java API,包括Object这个类。需要注意的是,这个类加载器不是用java 语言写的,而是用C/C++写的。
--Extension class loader:
这个加载器加载出了基本API之外的一些拓展类,包括一些与安全性能相关的类。(目前了
解得不是很深,只能笼统说,待日后再详细说明)
--System Class Loader:
它加载应用程序中的类,也就是在你的classpath中配置的类。
--User-Defined Class Loader:
这是开发人员通过拓展ClassLoader类定义的自定义加载器,加载程序员定义的一些类。
》》委派模式(Delegation Mode)
仔细看上面的层次结构,当JVM加载一个类的时候,下层的加载器会将将任务委托给上一层类加载器,上一层加载检查它的命名空间中是否已经加载这个类,如果已经加载,直接使用这个类。如果没有加载,继续往上委托直到顶
部。检查完了之后,按照相反的顺序进行加载,如果Bootstrap加载器找不到这个类,则往下委托,直到找到类文件。对于某个特定的类加载器来说,一个Java类只能被载入一次,也就是说在Java虚拟机中,类的完整标识是(classLoader,package,className)。一个雷可以被不同的类加载器加载。
举个具体的例子来说明,现在加入我有一个自己定义的类MyClass需要加载,如果不指定的话,一般交App(System)加载。接到任务后,System检查自己的库里是否已经有这个类,发现没有之后委托给Extension,Extension进行同样的检查,发现还是没有继续往上委托,最顶层的Boots发现自己库里也没有,于是根据它的路径(Java 核心类库,如ng)尝试去加载,没找到这个MaClass类,于是只好(人家看好你,交给你完成,你无能为力,只好交给别人啦)往下委托给Extension,Extension到自己的路径
(JAVA_HOME/jre/lib/ext)是找,还是没找到,继续往下,此时System加载器到classpath路径寻找,找到了,于是加载到Java虚拟机。
现在假设我们将这个类放到
JAVA_HOME/jre/lib/ext这个路径中去(相当于交给Extension加载器加载),按照同样的规则,最后由Extension加载器加载MyClass类,看到了吧,统一各类被两次加载到JVM,但是每次都是由不同的ClassLoader完成。
》》可见性限制
下层的加载器能够看到上层加载器中的类,反之则不行,也就是是说委托只能从下到上。
》》不允许卸载类
类加载器可以加载一个类,但是它不能卸载一个类。但是类加载器可以被删除或者被创建。
当类加载完毕之后,JVM继续按照下图完成其他工作:
框图中各个步骤简单介绍如下:
Loading:文章前面介绍的类加载,将文件系统中的Class文件载入到JVM内存(运行数据区域)
Verifying:检查载入的类文件是否符合Java规范和虚拟机规范。
Preparing:为这个类分配所需要的内存,确定这个类的属性、方法等所需的数据结构。
(Prepare a data structure that assigns the memory required by classes and indicates the fields, methods, and interfaces defined in the class.)
Resolving:将该类常量池中的符号引用都改变为直接引用。(不是很理解)
Initialing:初始化类的局部变量,为静态域赋值,同时执行静态初始化块。
那么,Class Loader在加载类的时候,究竟做了些什么工作呢?
要了解这其中的细节,必须得先详细介绍一下运行数据区域。
二、运行数据区域
Runtime Data Areas:当运行一个JVM示例时,系统将分配给它一块内存区域(这块内存区域的大小可以设置的),这一内存区域由JVM自己来管理。从这一块内存中分出一块用来存储一些运行数据,例如创建的对象,传递给方法的参数,局部变量,返回值等等。分出来的这一块就称为运行数据区域。运行数据区域可以划分为6大块:Java栈、程序计数寄存器(PC 寄存器)、本地方法栈(Native Method Stack)、Java堆、方法区域、运行常量池(Runtime Constant Pool)。运行常量池本应该属于方法区,但是由于其重要性,JVM规范将其独立出来说明。其中,前面3各区域(PC寄存器、Java 栈、本地方法栈)是每个线程独自拥有的,后