架构师训练营 - 总结 9

一. JVM虚拟机原理

1.1 JVM组成架构



类加载器：加载类到内存里面

堆：存储对象实例

栈：存储局部变量表，方法出口

方法区：存储类信息，常量，静态变量，编译后的代码

程序计数器：行号指示器。循环，跳转等基础指令

执行引擎：主要负责执行指令

1.2 java字节码及执行流程

从写Java文件到编译成字节码文件（也就是.class文件）的过程也就是Java文件编译的过程，我们所写的是Java源文件而Java虚拟机编译的.class文件是字节码文件。

执行流程：



1.3 类加载双亲委托机制

从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现（HotSpot虚拟机中），是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都有Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自java.lang.ClassLoader。

从开发者的角度，类加载器可以细分为：

• 启动（Bootstrap）类加载器：负责将 Java_Home/lib下面的类库加载到内存中（比如rt.jar）。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。

• 标准扩展（Extension）类加载器：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将Java_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

• 应用程序（Application）类加载器：是由 Sun 的AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，因此一般称为系统（System）加载器。

除此之外，还有自定义的类加载器，它们之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模型。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应该有自己的父类加载器，而这种父子关系一般通过组合（Composition）关系来实现，而不是通过继承（Inheritance）。

某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

使用双亲委派模型的好处在于Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存在在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的Bootstrap ClassLoader进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载的话，如果用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，程序将混乱。因此，如果开发者尝试编写一个与rt.jar类库中重名的Java类，可以正常编译，但是永远无法被加载运行。

在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中，先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载失败，则抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。



1.4 JVM性能诊断工具

JDK自带性能检测相关工具

jconsole： 提供了内存，线程，类数量，CPU图示，描述比较抽象

jmap： jmap -dump:format=b,file=mems.dat 4992 提供了HEAP dump文件

jhat： jhat -J-Xmx1024m -port 7000 mems.dat 开Socket端口，以WEB方式分析HEAP dump,也提供了类引用关系

jps： 查看JAVA进程，主要获取 PID

jvisualvm： jconsole升级版，提供了更加人性化的图示