JVM基本了解

一、JVM 基本组成

1、JDK\JRE\JVM

  • JDK:全称“Java Development Kit”Java 开发工具包,提供 javac 编译器、jheap、jconso1e 等监控工具;
  • JRE:全称“Java Runtime Environment”Java 运行环境,提供Class Library 核心类库 +JVM;
  • JVM:全称“Java Virtual Machine”Java 虚拟机,用于运行 Java 应用程序;

2、Java程序执行过程

1.编译:通过 javac 命令,调用 JDK 编译器,将*.java 源文件编译成*.class 字节码文件。
2.执行:通过 java 命令,调用 JVM 虚拟机,执行*.class 字节码文件。

 3、Java程序的跨平台

跨平台的原因
实现跨平台的原因,主要有两个

  1. 不同的平台,相同的源代码,编译的字节码是相同的,所以字节码文件可以在不同平台“通用”
  2. 不同的平台,执行字节码时,都需要各自的 J 虚拟机版本,用于将字节码翻译成当前平台可以       执行的机器码指令;

4、静态编译器

通过 JDK 提供的静态编译器,将 Java 源文件编译成字节码文件。
编译过程包括:

  1. 词法分析:通过空格分隔出源代码中的单词、操作符、控制符等信息,将其形成 token 信息流,传递给语法解析器。
  2. 语法分析:将 token 信息流按照 Java 语法规则,组装成一颗语法树
  3. 语义分析:对语法树进行关键字使用、类型匹配、作用域等语法检查。
  4. 字节码:当语义分析完成后,可以生成字节码

5、字节码

        当1个 Java 源文件被编译后,就会按照 JVM 规范和字节码定义,产生1个 class 字节码文件,文
件内容由 10 个固定部分组成。
        前 4 个字节非常特殊,红色框的 cafe babe 是詹姆斯定义的魔法数,它的作用是标志当前文件是一个字节码文件。当 JVM 在进行类加载的 Load 阶段时,如果没有识别到该标志,就说明文件不是字节码文件或已损坏,则无法进行加载。绿色框代表当前版本号,0x34的十进制为52,是JDK8 的内部版本号,代表这个字节码文件基于 JDK8 编译。
        剩余部分中的每个字节均代表一个字节码指令,由于每个指令的长度按照 1 个字节存储,所以每个指令被称为字节码(Bytecode),Java 所有的字节码指令有 200 多个。

        由于纯数字的字节码指令阅读比较困难,所以 JVM 在字节码指令的基础上设计了一套操作码助记符,使用特殊单词来代替对应的数字指令。
例如:
0x15        ILOAD :            读取 int 类型的同部变量
0x36        ISTORE :         保存int类型的局部变量
0x60        IADD :              执行两个 int 类型的数值加法运算
0xbb        NEW :              创建对象
0xbc        NEWARRAY :  创建数组
0xac        IRETURN :       返回 int 类型结果

6、JVM执行方式

 JVM执行方式
        JVM 以解释+编译混合模式,执行字节码文件。
1. JV 的执行方式以解释执行为主。执行过程中, JVM 将每个字节码文件中的每个指令,通过解释器转换成当前平台可以识别的机器码,然后交给CPU 执行。
2.为了提高执行效率, JVM 还会在运行期间, JVM 通过热点代码的统计分析,识别高频的方法调用,循环体、公共模块等,当超过阈值时,JVM 会基于 JIT 即时编译器(just-in-time compiler )将热
点代码转换成机器码,直接交给 CPU 执行,提高执行效率。
        Client模式下默认阈值是 1500次,在Server模式下是10000 次。

  • JVM 解释器:程序执行的时候,解释器首先发挥作用,省去了编译器编译时间,加快程序的执行效率,
  • JIT 编译器:在程序运行过程中,随着时间的推移,IT 开始慢慢发挥了作用,把热点代码编译成本地代码后,以后执行相同的代码,即可直接交给CPU 执行,带来更高的执行效率。

         机器在热机状态可以承受的负载要大于冷机状态(刚启动时),如果以热机状态时的流量进行切换,可能使处于冷机状态的服务器因无法承载流量而假死。所以,在生产环境中发布应用,应该以分批的方进行发布根据机器数量划分成多个批次,每个批次的机器数大概占到整个集群的15%
        故障案例:某应用在线发布新版本,采用进行分批发布,发布总批数误填写成分为两批发布。如果是热机状态,正常情况下,集群中的一半的机器可以勉强支撑负载流量,但由于刚启动的 J 均是解释执行,还没有进行热点代码统计和JT动态编译,导致机器启动之后,当前 1/2 发布成功的服务器马上全部宕机。

7、类加载器

字节码必须通过类加载器,通过加载、验证、解析等校验步骤,将字节码文件中的类,加载至 JVM 的中运行时数据区,才可以执行字节码。

8、垃圾收集器

JVM 在运行期间,通过 GarbageCo1lctor 垃圾收集器,定期对运行时数据区进行垃圾对象的回收
从而实现了内存自动管理。 

9、JVM组成结构

        JVM 由类加载器、运行时数据区、 JVM 解释器、JIT 即时编译器、垃圾回收器、本地方法库等部分组成。

        由类加载器完成字节码文件的加载验证和解析,存储至运行时数据区,并由执行引擎中的解释器,完成字节码到机器码的解释执行。同时进行热点代码的统计分析,调用JIT即时编译器将字节码直接编译成机器码,提高执行效率。JM运行期间的方法调、数据对象统一存放至运行时数据区。

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