理解JVM

JVM的运行数据区和过程

从最高的抽象看，JVM获取Java的字节码，从而输出一定的值或者改变自身的状态。

所以接下来有一些问题，如

• java bytecode 的格式是什么
• JVM是如何获得Java bytecode的
• JVM是怎么产生值和改变状态的

JVM如何改变状态

class Text{
    final static int t  = 1;
    int y;
    Text(int _y){
        y = _y;
    }
    public int doubleY(){
        return 2*y;
    }
}
class Main{
    public static void main(String[] args) {
       int k = 1;
       Text t = new Text(2);
       Text t1 = new Text(3);
       int l = t.doubleY();
       int j = t1.doubleY();
    }
}

JVM如何改变状态，换句话说，是指JVM虚拟机在执行JAVA字节码时，环境怎么变化。我说下JVM在执行上面代码的时候，所产生的状态变化，带大家了解JVM的基本数据空间，和JVM的运行时数据空间的变化。

如何开始

我们知道，Java代码是由一个个类构成，通过创建对象，运行对象的方法，从而改变JVM的状态。而每一个类都会生成一个CLASS文件。你可以做一个测试。

创建一个HelloWorld.java文件，里面代码如下

//Declaring HelloWorld class.    
public class HelloWorld{    
    //creating main() method of the HelloWorld class    
    public static void main(String args[]){    
        //Printing Hello World    
	Text t = new Text();
        System.out.println("This is HelloWorld! example");    
    }    
}    
abstract class hh{}
class Text{
	public int h(){
		return 1;
	}
}

使用”javac HelloWorld.java”编译文件


将会看到


在这个文档里，发现JVM开始时会创建一个initial类，通过这个类，初始化这个类，通过这个类，调用”public main”方法。


初始化环境

当JVM运行字节码文件时时，首先要初始化环境(加载类)，为之后的运行代码提供条件，有五步骤

• 加载：得到数据
• 验证：判断数据是否安全，能不能执行，有没有Bug
• 开辟空间：在方法区里，开辟一定的空间
• 引用转换：把符号引用变成直接引用
• 填空间：对第三部开辟的空间赋值

对于上面的程序，在JVM初始化时，会将”Text” 和”Main”的类信息存到方法区里，初始化单个线程对应的栈，本地方法栈，程序计数器，初始化堆。

运行代码

当初始化完成，JVM在方法区中找到”public static void main(String[] args)”方法后，运行方法里的代码，代码运行完成，JVM运行完成。

下面是上面程序在”public static void main(String[] args)”方法里的代码，我们看看JVM在执行这些代码时，引起的数据区域变化。

int k = 1;
Text t = new Text(2);
Text t1 = new Text(3);
int l = t.doubleY();
int j = t1.doubleY();

方法开始运行时，会在数据区域的栈顶新建一个栈帧，可以理解成一个大型的变量(环境)。方法运行时，通过改变环境来实现一定功能。

普通数据类型

int k = 1;

环境变化如图

创建对象

Text t = new Text(2);
Text t1 = new Text(3);

当创建对象时，JVM首先在方法区(存储类信息的地方)看有没有这个类，找到类后在堆区创建一个没有初始化的对象区，在调用构造器方法后，对象区初始化，之后将对象的引用赋给变量。

注意：对象中的方法是每个对象(属于一个类)共有的，如果每有一个对象就给创建它所有的方法，我认为太浪费，JVM官方不会这样弄。

调用方法

int l = t.doubleY();
int j = t1.doubleY();

当调用方法时，Stack会新建一个栈帧(环境)，在这个环境里面执行方法体中的代码，当代码结束时，丢弃环境(POP)，将返回值赋值给最初调用的地方。

JVM的调试工具

对于一个解释器JVM，调试工具必不可少

jps

这是一个监测虚拟机状态的工具，为了使用它，首先我们定义一些进程。

class Main{
    public static void main(String[] args) {
       while (true){}
    }
}

public class SwingDemo {
    public static void main(String[] args) {
        while (true){}
    }
}

jps -l

这个命令是输出运行进程对应的LVMID(进程ID)和主类名，如果是JAR包，输出路径

当运行上面两个类时，之后运行”jps -l”


jps -q

输出LVMID，省略主类名称


jps -m

输出调用进程时，传递的给方法”main”的参数


jps -v

输出JVM启动时的参数，比如堆的大小等


CLASS文件格式

还记的这个图吗

现在我们来讲解那个云朵部分，云朵里面包含有八个信息部分

• 类信息：类的签名和版本号
• 常量信息：常量指广义的常量，除开final修饰的常量，还有类名，方法名等
• 进入权限：表示类的权限，public，还是，private
• 继承信息：继承的父类
• 接口信息：实现的接口
• 方法的信息：方法名和方法的权限
• 属性信息：存些属性值，如方法的方法体部分