1.前言（基于JDK1.7）　　

最近想把一些java基礎(chǔ)的東西整理一下，但是又不知道從哪里開始！想了好久，還是從最基本的jvm開始吧！這一節(jié)就簡(jiǎn)單過一遍基礎(chǔ)知識(shí)，后面慢慢深入。。。

水平有限，我自己也是很難把jvm將清楚的，我參考一本書《深入java虛擬機(jī)第二版》（版本比較老，其實(shí)很多大佬的博客都是參考的這本書的內(nèi)容。。。）

所謂jvm，又名java虛擬機(jī)。我們平常寫java程序的時(shí)候幾乎是感覺不到j(luò)vm的存在的，我們只需要根據(jù)java規(guī)范去編寫類，然后就可以運(yùn)行程序了，當(dāng)然只有我們程序出現(xiàn)bug了，我們才有可能在控制臺(tái)上看到一些jvm報(bào)錯(cuò)的信息，比如內(nèi)存溢出異常等。

java之所以能夠跨平臺(tái)，就是因?yàn)閖vm屏蔽了各個(gè)操作系統(tǒng)之間的差異，舉個(gè)形象的例子，我們手機(jī)要充電吧，但是充電的方式有很多種，你可以直接數(shù)據(jù)線插到插座充電，也可以用數(shù)據(jù)線插到電腦USB口充電，一個(gè)是電腦一個(gè)是插座，為什么都能給手機(jī)充電呢？原因就是有數(shù)據(jù)線屏蔽了插座和電腦的差異，對(duì)于手機(jī)來說，它是看不到數(shù)據(jù)線另外一頭連接的是什么設(shè)備，只知道有電通過數(shù)據(jù)線向自己傳過來就ok了，順便一提，這也是所謂的適配器的原理！

開始之前首先要明確一點(diǎn)，每一個(gè)java程序運(yùn)行就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)jvm實(shí)例！比如我同時(shí)在eclipse中同時(shí)運(yùn)行三個(gè)程序，那么就會(huì)創(chuàng)建三個(gè)jvm實(shí)例，三個(gè)程序運(yùn)行于自己的jvm中，互不干擾，當(dāng)程序運(yùn)行完畢，那么jvm也會(huì)銷毀。

2.簡(jiǎn)單看看類加載過程

大家知道一個(gè)類加載到j(luò)vm大概是經(jīng)過了幾個(gè)步驟的吧！編譯成字節(jié)碼文件，加載，鏈接（驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析），初始化....，我就簡(jiǎn)單的用下面這個(gè)圖一起看看；

在這里，我們重點(diǎn)看看字節(jié)碼文件到j(luò)vm這一段，為什么字節(jié)碼文件能夠被加載到j(luò)vm中呢？類加載器又是什么呢？加載的具體過程又是什么呢？鏈接，初始化又具體的是在做些什么事呢？Class對(duì)象又是什么鬼？jvm中的具體結(jié)構(gòu)又是什么樣子的，各有什么用處？假如執(zhí)行一個(gè)類中的方法，在jvm中到底是什么流程呢？等等很多問題

這些問題有的是了解一點(diǎn)，有的是真不知道，反正就是迷迷糊糊的一個(gè)類就加載成功了，然后我們就能成功調(diào)用那些方法了，平常用起來很舒服，但是細(xì)細(xì)想來難道不覺得奇怪嗎？

反正我最初看到j(luò)vm的時(shí)候，最想吐槽的一句話就是：瑪?shù)拢瑸槭裁窗?？我感覺我已經(jīng)要化身成十萬個(gè)為什么了，咳咳，不說廢話了，開始往后學(xué)吧！

下面我大概說一下這些步驟到底是做了什么事，有個(gè)大概的流程，然后我們慢慢的深入探究每一個(gè)步驟到底是干了什么事！

2.1 編譯器編譯

這個(gè)沒什么好說的，由于java是靜態(tài)語言，在執(zhí)行java程序之前會(huì)先把我們寫的java文件給轉(zhuǎn)化成特殊的二進(jìn)制碼的形式，編譯器就是做這個(gè)轉(zhuǎn)化的工作的工具，而且在我們寫代碼的時(shí)候，還沒運(yùn)行程序之前，就會(huì)報(bào)錯(cuò)，在某處代碼下面會(huì)有紅線標(biāo)識(shí)，做這個(gè)工作的就是編譯器，還有最重要的源文件中泛型，是會(huì)在編譯器編譯這個(gè)階段就會(huì)進(jìn)行擦除，所以字節(jié)碼文件中是沒有任何泛型信息的；

順便提一下動(dòng)態(tài)語言，比如Python，我們寫一個(gè)python程序運(yùn)行，是不需要進(jìn)行編譯的，會(huì)讀取第一行源文件中代碼就運(yùn)行這一行的代碼，然后讀取第二行代碼，運(yùn)行第二行代碼...

2.2 類加載器的分類和加載順序

什么是類加載器呢？我有一個(gè)很生動(dòng)很形象的例子：假如字節(jié)碼文件是一個(gè)人，而jvm就是地府，你說人死了會(huì)怎么進(jìn)入地府呢？自己肯定找不到地府的位置，于是要讓黑白無常請(qǐng)你過去了，類加載器在這里就是黑白無常！

大概了解類加載器的用處之后，我們就隨意看看類加載器的種類和運(yùn)行原理；

順便提一下，我們還記得最開始配置的jdk環(huán)境變量吧！我的JAVA_HOME=D:\java\jdk1.7；

話說大家知道jar包到底是什么嗎？其實(shí)就是一種壓縮文件的格式，跟zip，gz等壓縮格式?jīng)]有多大區(qū)別，可以用360壓縮打開。。。

進(jìn)入正題，類加載器分為四種，啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader）：最頂級(jí)的類加載器，還是用C++寫的；在我們編寫java程序的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)的幫我們導(dǎo)入一下常用的jar包，用的就是這個(gè)類加載器，比如我們最熟悉的lang包下的Object，String，Integer等都是我們可以直接用的，而不需要我們手動(dòng)導(dǎo)入；具體的會(huì)導(dǎo)入哪些jar包呢，這就需要我們配置環(huán)境變量JAVA_HOME，編譯器會(huì)去環(huán)境變量中找%JAVA_HOME%\jre\lib ，這下面所有jar包然后進(jìn)行加載到內(nèi)存中，注意不是加載在JVM中；而且出于安全考慮，啟動(dòng)類加載器只加載包名為java、javax、sun等開頭的類

擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：父類加載器是啟動(dòng)類加載器，java語言實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)加載%JAVA_HOME%\jre\lib\ext 路徑下的jar包,這個(gè)不會(huì)自動(dòng)加載，只有在需要加載的時(shí)候才去加載。

應(yīng)用類加載器（Application ClassLoader）：父類加載器是擴(kuò)展類加載器，java語言實(shí)現(xiàn)，也可以叫做系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader），這個(gè)類加載器主要是加載我們?cè)趯戫?xiàng)目時(shí)編寫的放在類路徑下的類，比如maven項(xiàng)目中src/main/java/所有類

自定義類加載器：需要我們自己實(shí)現(xiàn)，當(dāng)特殊情況下我們需要自定義類加載器，只需要實(shí)現(xiàn)ClassLoader接口，然后重寫findClass（）方法，我們就能夠自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)類加載器，而且自己實(shí)現(xiàn)類加載器之后可以去加載任何地方的類。假如我新建一個(gè)類放在F盤的隨便一個(gè)角落里也可以指定類路徑去加載，有興趣的小伙伴可以去試試。

不考慮自定義類加載器，可以看到，啟動(dòng)、擴(kuò)展、應(yīng)用這三個(gè)加載器就像是爺爺，爸爸，兒子一樣的關(guān)系，所以要加載一個(gè)類的話，選用哪個(gè)類加載器呢？肯定是有什么好吃的先讓兒子吃呀，然而兒子又很有孝心，會(huì)把到手的好吃的給爸爸吃。爸爸又會(huì)給爺爺吃，爺爺會(huì)嘗試著吃，假如一看這東西糖分太高于是就又給爸爸吃，爸爸也嘗試著吃，發(fā)現(xiàn)這東西不好吃，于是最后還是給兒子吃....這就是類加載器的雙親委托機(jī)制，隨便找了一幅圖看看：

2.3.JVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其實(shí)大多數(shù)人對(duì)JVM是很熟悉了，不就是那幾個(gè)塊嗎？本地方法棧，java棧，java堆，方法區(qū)，pc計(jì)數(shù)器，我這里就先大概說一下這幾個(gè)部分的用處；

方法區(qū)：類加載器其實(shí)就是將字節(jié)碼文件給丟到這里，并解析出字節(jié)碼文件中包含的一些信息，比如全類名，類變量，方法有關(guān)的信息，父類信息，是不是接口等等這類信息

由于方法區(qū)很重要，我就隨意畫個(gè)草圖：

常量池（屬于方法區(qū)）：由于方法區(qū)比較厲害能把字節(jié)碼文件中很多信息給解析出來，但其中可能有很多常量比如18，“helloworld”，以及一些符號(hào)引用，常量池就存這些東西；但是什么又是符號(hào)引用呢？我就大概說一下吧，假如兩個(gè)類Animal和Dog，在Animal類中有個(gè)方法里面是這樣的：Dog dog = new Dog（）；dog.run(); 這個(gè)時(shí)候問題來了，在加載Animal類的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了要用到Dog類，肯定是要去加載Dog類的，那么有兩種做法，第一種先暫停Animal類的加載去加載Dog類，加載完之后再加載Dog類，第二種，Animal類繼續(xù)加載的同時(shí)順便加載Dog類，只是Animal中只要是用到了Dog類、方法、字段的所有地方我隨便用xxx來表示，等Dog類加載完之后我再把xxx指向方法區(qū)Dog類對(duì)應(yīng)的地址就ok了；我們當(dāng)然用第二種方法啦，并且在這里我們隨便用的xxx就是符號(hào)引用，而加載完成后方法區(qū)中的Dog類地址就是直接引用

java堆：根據(jù)方法區(qū)中存的這么豐富的信息，這里就會(huì)創(chuàng)建每一個(gè)類的Class對(duì)象，話說這個(gè)Class對(duì)象用的最多的就是反射，那么這個(gè)Class對(duì)象到底是個(gè)什么呢？其實(shí)不用想的太難理解了，你就把它看作字節(jié)碼文件在內(nèi)存中的另外一種形式唄，就好像大米，在電飯煲里的表現(xiàn)形式就是米飯，在高壓鍋里的表現(xiàn)形式就是粥了.....;假如程序運(yùn)行的話，還會(huì)在堆中創(chuàng)建對(duì)象并且存放在堆中，所有的同類型的類的實(shí)例對(duì)象共享一個(gè)Class對(duì)象，我也隨意畫了一個(gè)草圖來看看如下所示，所以同一個(gè)類的不同實(shí)例對(duì)象的xx.getClass()都是一樣的，而且根據(jù)獲得的Class對(duì)象可以利用反射創(chuàng)建新的對(duì)象和獲取其中的方法，可以說Class對(duì)象為我們程序員提供了一個(gè)操作堆中對(duì)象的一個(gè)安全通道

pc寄存器：對(duì)于多線程來說，你就可以把這個(gè)看作一個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)線程一個(gè)，里面寫著1,2,3,4,5....記錄著各個(gè)線程執(zhí)行代碼的行號(hào)，為什么要記這個(gè)行號(hào)呢？莫非是閑的蛋疼？當(dāng)然不是！因?yàn)閷?duì)于多線程來說，cpu首先執(zhí)行一號(hào)線程，然后停止，去執(zhí)行二號(hào)線程，又停止，又去執(zhí)行一號(hào)線程...這個(gè)時(shí)候問題來了，cpu怎么知道上一次一號(hào)線程執(zhí)行到哪里來了？于是啊，這個(gè)pc寄存器用處就來了，因?yàn)槊總€(gè)線程都有一個(gè)，而且記錄著當(dāng)前執(zhí)行的行號(hào)，下次cpu來了根據(jù)這個(gè)行號(hào)就可以接著執(zhí)行了??！

java棧：對(duì)象已經(jīng)創(chuàng)建完畢放在堆中，然后我們調(diào)用一個(gè)java方法，就會(huì)在java棧中開辟一小塊空間（就是所謂的壓棧），俗稱棧幀，棧幀可以有多個(gè)，因?yàn)橐粋€(gè)方法中可以調(diào)用其他方法嘛！總之一個(gè)方法就對(duì)應(yīng)一個(gè)棧幀，棧幀里面放著我們這個(gè)要運(yùn)行方法內(nèi)的局部變量，方法返回值等等參數(shù)，等這個(gè)方法執(zhí)行完之后這個(gè)棧幀就退出去了（這就是所謂的彈棧），然后棧就恢復(fù)原樣

本地方法棧：不知道大家有沒有打開JDK的一些類的源碼看看，很多類都有Native方法（本地方法），我的理解是就是調(diào)用操作系統(tǒng)中一些c語言實(shí)現(xiàn)的方法或者其他語言實(shí)現(xiàn)的方法....

2.4.加載

說了這么久的類加載器的種類還有類加載器的使用順序，然后也簡(jiǎn)單說了JVM內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各自的作用，現(xiàn)在就是選好了的類加載器去加載字節(jié)碼文件丟到JVM中的方法區(qū)中了。

用偽代碼隨便看看加載大概步驟，參數(shù)name就是我們傳進(jìn)去的類的全名：

public Class<?> loadClass(String name) { 
 try { 
  if (parent != null) { 
  //如果存在父類加載器，就委派給父類加載器加載 
  c = parent.loadClass(name, false); 
  } else { 
  //如果不存在父類加載器，就檢查是否是由啟動(dòng)類加載器加載的類， 通過調(diào)用本地方法native findBootstrapClass0
  c = findBootstrapClass0(name); 
  } 
 } catch (ClassNotFoundException e) { 
  // 如果父類加載器和啟動(dòng)類加載器都不能完成加載任務(wù)，才調(diào)用自身的加載功能 
  c = findClass(name); 
 } 

所以假如我自定義一個(gè)類加載器MyClassLoader，那么就可以用這種方式去加載我隨意放在F盤myclass目錄里面，com.wyq.test包下的一個(gè)Student類：

MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("F:\\myclass");
Class c=myClassLoader.loadClass("com.wyq.test.Student");

然后我們得到了這個(gè)類的Class對(duì)象就可以用反射對(duì)這個(gè)類為所欲為了，嘿嘿嘿嘿~

2.5.鏈接

鏈接中分為三步：驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析；

隨便說說這三步大概干些什么，驗(yàn)證：這一步其實(shí)沒什么大的用處，就是虛擬機(jī)會(huì)檢查一下我們的字節(jié)碼文件有沒有問題，具體的就是看看你字節(jié)碼文件格式有問題嗎？語法有沒有問題？等等

準(zhǔn)備：給類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存空間，并設(shè)置初始值；大家都知道靜態(tài)變量是放在方法區(qū)中的吧，比如我java類中有個(gè)靜態(tài)變量static int age = 18 那么這這個(gè)階段首先會(huì)分配4個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，然后設(shè)置初始值為0，八大基本數(shù)據(jù)類型都有初始值，可以了解了解

解析：比較專業(yè)一點(diǎn)的說法就是，在解析階段，JVM會(huì)把類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的符號(hào)引用替換為直接引用！這句話怎么理解請(qǐng)看上面介紹的常量池

2.6 初始化

還是用準(zhǔn)備階段那個(gè)靜態(tài)變量，根據(jù)字節(jié)碼文件，將準(zhǔn)備那個(gè)階段的初始值覆蓋成真正的值18；

順便說一句，加載、鏈接、初始化三個(gè)步驟不是一定要按照這個(gè)順序完成的，只是開始的順序是這個(gè)，但是在執(zhí)行過程中可能會(huì)有彎道超車的現(xiàn)象

3.例子分析

這里我們寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子來總結(jié)一下上面這么多知識(shí)；

public class Animal{
 private int age=18;
 public void run() {} 

}

publci class Test{
 public static void main(String[] args){
 Animal animal = new Animal();
 animal.run();

 }
}

運(yùn)行這個(gè)main方法的步驟：

1.首先是編譯器會(huì)將這兩個(gè)類都編譯成字節(jié)碼文件并放在你的項(xiàng)目存放路徑

2.Test這個(gè)類會(huì)以某種方式告訴JVM自己的類名“Test”，虛擬機(jī)就會(huì)以某種牛逼的方法可以找到你這個(gè)Test.class放在那個(gè)目錄下面

3.調(diào)用類加載器，采用雙親委托機(jī)制去加載這個(gè)類，最后不出意外應(yīng)該是應(yīng)用類加載器去加載這個(gè)Test.class,以二進(jìn)制流的形式加載進(jìn)JVM方法區(qū)

4.在加載之后會(huì)去驗(yàn)證這個(gè)Test.class是否符合規(guī)范，沒問題的話就會(huì)解析這個(gè)加載進(jìn)來的Test.class，將其中很多信息都保存下來，常量和符號(hào)引用保存在常量池中，其他的比如訪問修飾符，全類名，直接父類的全類名，方法和字段信息，除了常量以外的所有靜態(tài)變量，以及指向類加載器和Class對(duì)象的指針等都存在常量池外面

5.通過保存在方法區(qū)中的字節(jié)碼，JVM可以執(zhí)行main（）方法，在執(zhí)行這個(gè)方法的時(shí)候，會(huì)一直持有有一個(gè)指向Test的常量池的指針；

6.在執(zhí)行main方法的第一條指令的時(shí)候，就是告訴JVM為Test常量池的第一個(gè)類型分配足夠內(nèi)存；由于main方法一直持有執(zhí)行Test常量池指針于是很迅速的找到了常量池第一項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)對(duì)Animal類的符號(hào)引用，然后就會(huì)先檢查方法區(qū)看有沒有Animal類有沒有被加載，假如沒有的話就要去找到這個(gè)Animal類；這里就有了一個(gè)算法的小知識(shí)，怎么才能夠讓虛擬機(jī)最快速度找到Animal類所在位置呢？可以用散列表，搜索樹等算法。

7.加載Animal.class到方法區(qū)并提取其中有用的信息保存在方法區(qū)，然后替換Test常量池第一個(gè)類型的符號(hào)引用，變?yōu)橹苯右?；注意，這個(gè)時(shí)候還沒有創(chuàng)建對(duì)象，直接引用指向的是方法區(qū)中Animal所在的地址

8.JVM在堆中為創(chuàng)建Animal對(duì)象分配足夠內(nèi)存，怎么確定這個(gè)內(nèi)存多大合適呢？其實(shí)JVM比較牛，已經(jīng)設(shè)好了可以根據(jù)方法區(qū)中存放的信息確定一個(gè)類創(chuàng)建對(duì)象要用到多少堆空間；

9.對(duì)象創(chuàng)建好了會(huì)設(shè)置Animal實(shí)例變量的默認(rèn)初始值：age = 0

10.創(chuàng)建一個(gè)棧幀（里面有一個(gè)指向Animal對(duì)象的引用），壓入java棧中，到此main方法第一條指令就執(zhí)行完畢；還記得一個(gè)方法一個(gè)棧幀么

11.然后根據(jù)這個(gè)棧幀調(diào)用java代碼，將age的值初始化為正確的值：18

12.通過這個(gè)棧幀執(zhí)行run（）方法，又會(huì)開辟一個(gè)棧幀存放run（）方法內(nèi)部的所有信息

13.run（）方法執(zhí)行完畢，釋放這個(gè)棧幀；然后main（）執(zhí)行完畢，釋放棧幀；然后就是程序執(zhí)行完畢，清理回收堆中所有對(duì)象以及方法區(qū)

大概就是這么一個(gè)流程，其中最后的那個(gè)清理回收過程其實(shí)很重要，由于java棧和方法區(qū)的清理內(nèi)存效率非常好，我們可以不用在意，重點(diǎn)是在堆中清理內(nèi)存，而且由于有的程序是會(huì)運(yùn)行很久的，不可能每次都等程序執(zhí)行完畢之后再一起清理，肯定是要一邊運(yùn)行程序一邊清理堆內(nèi)存中沒用的對(duì)象，那么又該怎么進(jìn)行處理呢？又會(huì)涉及到很多的算法以及堆內(nèi)部到底是什么結(jié)構(gòu)，后面我們會(huì)逐漸挖掘...