一图彻底搞懂JVM流程

JVM知识回顾

我们都知道JVM（Java虚拟机）主要划分为以下几个部分：

1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）

• 类加载器负责查找和加载类文件（.class文件），它是JVM执行的第一步。类加载器按照类的全限定名定位类文件，将二进制数据流转化为方法区内的运行时数据结构，并最终创建 java.lang.Class 类的实例。

2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）

• 程序计数器（Program Counter Register）：每个线程都有一个独立的PC寄存器，用来记录当前线程所执行的字节码指令地址。

• 虚拟机栈（VM Stack）：每个线程拥有一个私有的栈，用于存储方法调用时的局部变量、操作数栈和动态链接信息等，每一个方法调用都会对应一个栈帧（Stack Frame）。

• 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈类似，但服务于 native 方法（非Java语言实现的方法）。

• 堆（Heap）：所有线程共享的内存区域，主要用于存储对象实例和数组。

• 方法区（Method Area）/ 元空间（Metaspace）（JDK 1.8 及以后）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

• 运行时数据区是JVM内存中的一块区域，用于存储程序运行期间产生的各种数据结构。

3. 执行引擎（Execution Engine）

• 执行引擎是JVM的核心组件之一，负责执行字节码指令。它可以采用解释器逐条解释执行字节码，也可以使用JIT（Just-In-Time）编译器将热点代码编译成本地机器码以提升性能。

4. 本地接口（Native Interface）

• 提供Java代码与操作系统交互的能力，允许Java代码通过JNI（Java Native Interface）调用本地的C/C++代码。

代码执行时JVM如何运行

相信大家对上面这部分很熟悉，但是具体代码在执行过程中分别是怎么对应的呢？

下面我们通过一段代码来看下：

public class Test{
        public void hello(int a){
                 int b = a+1;
        }
        public static vid main(String args){
                 Test test = new Test();
                 test.hello(1);
        }
) 

这段 Java 代码类 Test 中提供函数 hello() 和主入口函数 main() 的定义和使用。当执行这个程序时，JVM（Java 虚拟机）会按照以下步骤来执行这段代码：

1. 编译阶段：

• 首先，通过 Java 编译器（如 javac）将这段源代码编译成 .class 字节码文件。将会生成 Test.class 文件。大家通过开发工具运行时自动帮我们编译了。

2. 类加载阶段：

• 当程序启动并执行 Test 类的 main() 方法时，JVM 的类加载器会找到 Test.class 文件，并将其加载到 JVM 中。

• 加载过程中，类加载器会验证字节码文件的结构、元数据和符号引用，确保它们符合 JVM 规范。同时类的加载需要符合双亲委派模型：

3. 内存分配：

• JVM 为 Test 类创建对应的类对象，在这个例子中，Test类的字节码信息将被加载到方法区。

• 在执行 main() 方法时，遇到 Test test = new Test(); 这一行，JVM 会在堆区为 Test 对象分配内存空间，并调用其构造函数初始化对象。Test类的一个实例（即test对象）会被分配在堆上。

4. 方法执行：

• 它会在当前线程的Java方法栈上为 hello() 方法创建一个新的栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈和其他运行时信息。

• 局部变量表中分配空间给形参 a 并初始化为传入的值 1。

• 根据字节码指令计算 a+1，并将结果赋值给局部变量 b。

• 执行完毕后，hello() 方法完成其逻辑且无返回值，因此栈帧被弹出，控制权返回到 main() 方法的栈帧。

• 如果程序中使用了 native 方法（本地方法），那么本地方法栈将会涉及到，但在这里并没有使用 native 方法。

• 当执行到 test.hello(1); 时，JVM 查找 hello() 方法的字节码指令并开始执行。

下面是运行时数据区的结构：

这里是一段代码，当是一个服务时就涉及运行时数据区的垃圾回收了，之前的文章有过介绍，参考：面试官问我JVM如何找到垃圾!

下面是常见JVM参数的设置：

• -Xms：设置堆的初始大小。

• -Xmx：设置堆的最大大小。

• -Xmn：设置年轻代的大小。

• -Xss：设置线程栈的大小。

• -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize：设置永久代的初始大小和最大大小（在Java 8及之前的版本中使用）。

• -XX:MaxMetaspaceSize：设置元空间的最大大小（在Java 8及之后的版本中替代了永久代）。

• -XX:NewRatio：设置年轻代与老年代的比例。

• -XX:MaxTenuringThreshold：设置对象在年轻代中经过多少次垃圾回收后进入老年代。

• -XX:SurvivorRatio：设置Eden区和两个Survivor区的比例。

• -XX:+UseParallelGC 或 -XX:+UseConcMarkSweepGC 等：选择垃圾回收器。

至此我们通过一段代码知道这些JVM组件共同协作，使得JVM能够加载、验证、执行Java字节码，并提供平台无关性、自动内存管理和安全性保障等特性。