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jvm原理和代码运行的过程

2019年08月20日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

一次编译，到处运行

java一直宣传的口号是：一次编译，到处运行。那么它如何实现的呢？我们看下图：

graph td java原程序--javac编译-->java字节码 java字节码-->jvm虚拟机 jvm虚拟机--java解释-->windows机器码 jvm虚拟机--java解释-->linux机器码 windows机器码-->windows执行 linux机器码-->linux执行

java程序经过一次编译之后，将java代码编译为字节码也就是class文件，然后在不同的操作系统上依靠不同的java虚拟机进行解释，最后再转换为不同平台的机器码，最终得到执行。这样我们是不是可以推演，如果要在mac系统上运行，是不是只需要安装mac java虚拟机就行了。那么了解了这个基本原理后，我们来看一下，一段程序是如何执行的。

public class helloworld {
    public static void main(string[] args) {        
        system.out.print("hello world"); 
    }
}

这段程序从编译到运行,所经历的过程如下：

graph td java源代码--class文件-->java字节码 java字节码--加载jvm.cfg文件-->加载配置 加载配置--根据jvm.cfg的配置-->加载jvm.dll文件 加载jvm.dll文件-->初始化jvm 初始化jvm-->获取jni接口 获取jni接口--jni为本地方法他可以直接与操作系统交互-->操作class文件 操作class文件-->找到main文件执行

jvm基本结构

可能通过上面的描述，大家对jvm运行流程有了一个粗略的认识，那么jvm内部到底是怎么执行一个class文件的呢?

graph td class文件-->类加载器 类加载器-->内存空间 内存空间--运行时常量池-->方法区 方法区-->垃圾回收gc 内存空间--对象存储-->java堆 java堆-->垃圾回收gc 内存空间--局部变量表_栈帧_操作数-->java栈 java栈--线程结束自动释放-->线程私有 内存空间--本地方法库_c语言-->本地方法栈 本地方法栈-->线程私有 内存空间--jni直接操作-->堆外内存

jvm内存分类介绍

jvm内存空间包含：方法区、java堆、java栈、本地方法栈。

  1. 方法区是各个线程共享的区域，存放类信息、常量、静态变量。

  2. java堆也是线程共享的区域，我们的类的实例就放在这个区域，可以想象你的一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了，程序会抛出outofmemoryerror异常。

  3. java栈是每个线程私有的区域，它的生命周期与线程相同，一个线程对应一个java栈，每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈,如果java栈空间不足了，程序会抛出stackoverflowerror异常.

每个帧代表一个方法，java方法有两种返回方式，return和抛出异常，两种方式都会导致该方法对应的帧出栈和释放内存。

  1. 本地方法栈角色和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。

  2. pc寄存器（程序计数器），说到这里我们的类已经加载了，实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方，那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些指令执行的顺序就是pc寄存器在管，它的作用就是控制程序指令的执行顺序。

执行引擎当然就是根据pc寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指令。

  • 静态变量+常量+类信息+运行时常量池存在方法区中，实例变量存在堆内存中。
  • 基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分

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