JVM-基础篇

一. JVM

1. 初识JVM

什么是JVM？

JVM 全程 Java Virtual Machine，中文译名Java虚拟机
JVM本质上是一个运行在计算机上的程序，他的</职责是运行Java字节码文件

2. JVM的功能

解释和运行
- 对字节码文件中的指令，实时的解释成机器码，让计算机执行
内存管理
- 自动为对象、方法等分配内存
- 自动的垃圾回收机制，回收不再利用的对象
即时编译
- 对热点代码进行优化，提升执行效率

即时编译

Java语言如果不做任何优化，性能不如C、C++等语言
Java需要实时解释，主要是为了支持跨平台特性
由于JVM需要实时解释虚拟机指令，不做任何优化性能不如直接运行机器码的C、C++等语言

常见的JVM

名称	作者	支持版本	社区活跃度（github star）	特性	适用场景
HotSpot (Oracle JDK版)	Oracle	所有版本	高(闭源)	使用最广泛，稳定可靠，社区活跃 JIT支持 Oracle JDK默认虚拟机	默认
otSpot (Open JDK版)	Oracle	所有版本	中(16.1k)	同上开源，Open JDK默认虚拟机	默认对JDK有二次开发需求
GraalVM	Oracle	11, 17,19 企业版支持8	高（18.7k）	多语言支持高性能、JIT、AOT支持	微服务、云原生架构需要多语言混合编程
Dragonwell JDK 龙井	Alibaba	标准版 8,11,17 扩展版11,17	低(3.9k)	基于OpenJDK的增强高性能、bug修复、安全性提升 JWarmup、ElasticHeap、Wisp特性支	电商、物流、金融领域对性能要求比较高
Eclipse OpenJ9	IBM	8,11,17,19,20	低(3.1k)	高性能、可扩展 JIT、AOT特性支持	微服务、云原生架构

HotSpot的发展历程

总结

JVM到底是什么？

JVM 全称是 Java Virtual Machine，中文译名 Java虚拟机，是一个运行在计算机上的程序，他的职责是运行Java字节码文件
JVM的三大核心功能是什么？

JVM 包含内存管理、解释执行虚拟机指令、即时编译三大功能。
常见的JVM虚拟机有哪些？

常见的JVM有HotSpot、GraalVM、OpenJ9等，另外DragonWell龙井JDK也提供了一款功能增强版的JVM。其中使用最广泛的是HotSpot虚拟机

二. 字节码文件详解

1. Java虚拟机的组成

2. 字节码文件的组成

字节码文件中保存了源代码编译之后的内容，以二进制的方式存储，无法直接用记事本打开阅读
推荐使用 jclasslib工具查看字节码文件,Github地址： https://github.com/ingokegel/jclasslib

字节码文件一般包含5个部分

基础信息

魔数、字节码文件对应的Java版本号访问标识(public final等等) 父类和接口
常量池

保存了字符串常量、类或接口名、字段名主要在字节码指令中使
字段

当前类或接口声明的字段信息
方法

当前类或接口声明的方法信息字节码指令
属性

类的属性，比如源码的文件名内部类的列表等

3. 基本信息

Magis魔数

文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改，不影响文件的内容
软件使用文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错
Java字节码文件中，将文件头称为magic魔数

文件类型	字节数	文件头
JPEG(jpg)	3	FFD8FF
PNG(png)	4	89504E47(文件尾也有要求)
bmp	2	424D
XML(xml)	5	3C3F786D6C
AVI(avi)	4	41564920
Java字节码文件(.class)	4	CAFEBABE

主副版本号

主副版本号指的是编译字节码文件的JDK版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了 45.0-45.3，JDK1.2是46之后每升级一个大版本就加1；副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号
版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的JDK是否兼容

1.2之后大版本号计算方法就是: 主版本号 – 44 比如主版本号52就是JDK1.8

主版本号不兼容导致的错误

解决方案

升级JDK版本
将第三方依赖的版本号降低或者更换依赖，以满足JDK版本的要求

4. 常量池

字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间
常量池中的数据都有一个编号，编号从1开始，在字段或字节码指令中可以通过编号快速找到对应的数据
字节码指令通过编号引用到常量池的过程称为符号引用

5. 方法

字节码中的方法区域是存放字节码指令的核心位置，字节码指令的内容存放在方法的Code属性中
操作数栈是临时存放数据的地方，局部变量表是存放方法中的局部变量的位置

解析 int i = 0; int j = i + 1;

iconst_0: 把0放入操作上栈
istore_1: 从操作数栈取出放入局部变量表1号位置
iload_1: 将局部变量表1中的数据放入操作数栈
iconst_1: 将常量1放入操作数栈
iadd: 将操作数栈顶部的两个数据进行累加,结果放入栈中
istore_2: 将相加后的结果取出放入局部变量表2号位置
return: 方法结束、返回

解析 i = 0; i = i++;

解析 i = 0; i = ++i;

int i = 0; i = i++; 最终i的值是多少?

最终i的值是0，通过分析字节码文件发现，i++ 是先把0取出来放入操作数栈中，接下来在局部变量表中对i进行加1，i变成了1，最近再将之前操作数栈中的0取出来放入i，最后i就变成了0

6. 字节码文件常用工具

javap -v 命令
jclasslib插件
阿里arthas

javao -v命令

javap是JDK自带的反编译工具，可以通过控制台查看字节码文件的内容。适合在服务器上查看字节码文件内容
直接输入javap查看所有参数
输入javap -v 字节码文件名称查看具体的字节码信息。（如果jar包需要先使用 jar –xvf 命令解压）

jclasslib idea插件

jclasslib也有Idea插件版本，建议开发时使用Idea插件版本，可以在代码编译之后实时看到字节码文件内容

首先应该下载并安装插件

编译完代码后即可打开字节码文件

阿里arthas

Arthas 是一款线上监控诊断产品，通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息，并能在不修改应用代码的情况下，对业务问题进行诊断，大大提升线上问题排查效率
官网：https://arthas.aliyun.com/doc/
dump 类的全限定名：dump已加载类的字节码文件到特定目录
ad 类的全限定名：反编译已加载类的源码

三. 类的生命周期

1. 加载阶段

加载(Loading)阶段第一步是类加载器根据类的全限定名通过不同的渠道以二进制流的方式获取字节码信息。程序员可以使用Java代码拓展的不同的渠道
类加载器在加载完类之后，Java虚拟机会将字节码中的信息保存到方法区中
类加载器在加载完类之后，Java虚拟机会将字节码中的信息保存到内存的方法区中。生成一个InstanceKlass对象，保存类的所有信息，里边还包含实现特定功能比如多态的信息
同时，Java虚拟机还会在堆中生成一份与方法区中数据类似的java.lang.Class对象。作用是在Java代码中去获取类的信息以及存储静态字段的数据（JDK8及之后)