Java程式設計師從笨鳥到菜鳥之（九十三）深入java虛擬機器（二）——類載入器詳解（上）
分享一下我老師大神的人工智慧教程！零基礎，通俗易懂！http://blog.csdn.net/jiangjunshow
也歡迎大家轉載本篇文章。分享知識，造福人民，實現我們中華民族偉大復興！
本文來自：曹勝歡部落格專欄。轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/csh624366188
歡迎關注微信賬號：java那些事：csh624366188.每天一篇java相關的文章
在以前的部落格裡面，我們介紹了在java領域中大部分的知識點，從最基礎的java最基本語法到SSH框架。這裡面應該包含了在java領域裡面的大部分內容了吧。但是，那些知識點是讓我們從一個應用的層面上了解了java，java程式真正底層的執行機制和一些底層虛擬機器的工作我們還不瞭解，雖然這些內容在我們真正的開發中幾乎用不到這些底層的東西，但對於我們對java的理解會有比較大的幫助。尤其也對以後java開發中的效能優化有很大幫助，可以使我們減少一些沒必要的記憶體浪費等好處。所以，從今天開始，我將和大家一起來學習一下java
Java虛擬機器
Java虛擬機器（Java Virtual Machine) 簡稱JVM Java虛擬機器是一個想象中的機器，在實際的計算機上通過軟體模擬來實現。Java虛擬機器有自己想象中的硬體，如處理器、堆疊、暫存器等，還具有相應的指令系統。下面我們就來看一下這幾部分比較重要的java虛擬機器的結構
JVM暫存器
所有的CPU均包含用於儲存系統狀態和處理器所需資訊的暫存器組。如果虛擬機器定義義較多的暫存器，便可以從中得到更多的資訊而不必對棧或記憶體進行訪問，這有利於提高執行速度。然而，如果虛擬機器中的暫存器比實際CPU
JVM棧結構
作為基於棧結構的計算機，Java棧是JVM儲存資訊的主要方法。當JVM得到一個java位元組碼應用程式後，便為該程式碼中一個類的每一個方法建立一個棧框架，以儲存該方法的狀態資訊。每個棧框架包括以下三類資訊：區域性變數執行環境運算元棧 區域性變數用於儲存一個類的方法中所用到的區域性變數。vars暫存器指向該變量表中的第一個區域性變數。執行環境用於儲存直譯器對Java位元組碼進行解釋過程中所需的資訊。它們是：上次呼叫的方法、區域性變數指標和運算元棧的棧頂和棧底指標。執行環境是一個執行一個方法的控制中心。例如：如果直譯器要執行iadd（整數加法），首先要從frame暫存器中找到當前執行環境，而後便從執行環境中找到運算元棧，從棧頂彈出兩個整數進行加法運算，最後將結果壓入棧頂。 運算元棧用於儲存運算所需運算元及運算的結果。
JVM碎片回收堆
Java類的例項所需的儲存空間是在堆上分配的。直譯器具體承擔為類例項分配空間的工作。直譯器在為一個例項分配完儲存空間後，便開始記錄對該例項所佔用的記憶體區域的使用。一旦物件使用完畢，便將其回收到堆中。在Java語言中，除了new語句外沒有其他方法為一物件申請和釋放記憶體。對記憶體進行釋放和回收的工作是由Java執行系統承擔的。這允許Java執行系統的設計者自己決定碎片回收的方法。在SUN公司開發的Java直譯器和Hot Java環境中，碎片回收用後臺執行緒的方式來執行。這不但為執行系統提供了良好的效能，而且使程式設計人員擺脫了自己控制記憶體使用的風險。
JVM儲存區
JVM有兩類儲存區：常量緩衝池和方法區。常量緩衝池用於儲存類名稱、方法和欄位名稱以及串常量。方法區則用於儲存Java方法的位元組碼。對於這兩種儲存區域具體實現方式在JVM規格中沒有明確規定。這使得Java應用程式的儲存佈局必須在執行過程中確定，依賴於具體平臺的實現方式。JVM是為Java位元組碼定義的一種獨立於具體平臺的規格描述，是Java平臺獨立性的基礎。目前的JVM還存在一些限制和不足，有待於進一步的完善，但無論如何，JVM的思想是成功的。對比分析：如果把Java原程式想象成我們的C++原程式，Java原程式編譯後生成的位元組碼就相當於C++原程式編譯後的80x86的機器碼（二進位制程式檔案），JVM虛擬機器相當於80x86計算機系統,Java直譯器相當於80x86CPU。在80x86CPU上執行的是機器碼，在Java直譯器上執行的是Java位元組碼。 Java直譯器相當於執行Java位元組碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬體實現的，而是用軟體實現的。Java直譯器實際上就是特定的平臺下的一個應用程式。只要實現了特定平臺下的直譯器程式，Java位元組碼就能通過直譯器程式在該平臺下執行，這是Java跨平臺的根本。當前，並不是在所有的平臺下都有相應Java直譯器程式，這也是Java並不能在所有的平臺下都能執行的原因，它只能在已實現了Java直譯器程式的平臺下執行。
Java虛擬機器的體系結構圖
Java虛擬機器從啟動到結束的生命週期，當java虛擬機器啟動後，在如下幾種情況下，Java虛擬機器將結束生命週期：
1.執行了System.exit()方法
2.程式正常執行結束
3.程式在執行過程中遇到了異常或錯誤而異常終止
4.由於作業系統出現錯誤而導致Java虛擬機器程序終止
Java虛擬機器的棧有三個區域:區域性變數區、執行環境區、運算元區。
區域性變數區
每個Java方法使用一個固定大小的區域性變數集。它們按照與vars暫存器的字偏移量來定址。區域性變數都是32位的。長整數和雙精度浮點數佔據了兩個區域性變數的空間,卻按照第一個區域性變數的索引來定址。(例如,一個具有索引n的區域性變數,如果是一個雙精度浮點數,那麼它實際佔據了索引n和n+1所代表的儲存空間)虛擬機器規範並不要求在區域性變數中的64位的值是64位對齊的。虛擬機器提供了把區域性變數中的值裝載到運算元棧的指令,也提供了把運算元棧中的值寫入區域性變數的指令。
執行環境區
在執行環境中包含的資訊用於動態連結,正常的方法返回以及異常捕捉。
運算元棧區
機器指令只從運算元棧中取運算元,對它們進行操作,並把結果返回到棧中。選擇棧結構的原因是:在只有少量暫存器或非通用暫存器的機器(如Intel486)上,也能夠高效地模擬虛擬機器的行為。運算元棧是32位的。它用於給方法傳遞引數,並從方法接收結果,也用於支援操作的引數,並儲存操作的結果。例如,iadd指令將兩個整數相加。相加的兩個整數應該是運算元棧頂的兩個字。這兩個字是由先前的指令壓進堆疊的。這兩個整數將從堆疊彈出、相加,並把結果壓回到運算元棧中。
每個原始資料型別都有專門的指令對它們進行必須的操作。每個運算元在棧中需要一個儲存位置,除了long和double型,它們需要兩個位置。運算元只能被適用於其型別的操作符所操作。例如,壓入兩個int型別的數,如果把它們當作是一個long型別的數則是非法的。在Sun的虛擬機器實現中,這個限制由位元組碼驗證器強制實行。但是,有少數操作(操作符dupe和swap),用於對執行時資料區進行操作時是不考慮型別的。
本地方法棧，當一個執行緒呼叫本地方法時，它就不再受到虛擬機器關於結構和安全限制方面的約束，它既可以訪問虛擬機器的執行期資料區，也可以使用本地處理器以及任何型別的棧。例如，本地棧是一個C語言的棧，那麼當C程式呼叫C函式時，函式的引數以某種順序被壓入棧，結果則返回給呼叫函式。在實現Java虛擬機器時，本地方法介面使用的是C語言的模型棧，那麼它的本地方法棧的排程與使用則完全與C語言的棧相同。
下圖可以表示出來java程式執行的一個全過程
3 Java虛擬機器的執行過程
上面對虛擬機器的各個部分進行了比較詳細的說明，下面通過一個具體的例子來分析它的執行過程。
虛擬機器通過呼叫某個指定類的方法main啟動，傳遞給main一個字串陣列引數，使指定的類被裝載，同時連結該類所使用的其它的型別，並且初始化它們。例如對於程式：
class HelloApp
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("Hello World!");
for (int i = 0; i < args.length; i++ )
{
System.out.println(args[i]);
}
}
}
編譯後在命令列模式下鍵入： java HelloApp run virtual machine
將通過呼叫HelloApp的方法main來啟動java虛擬機器，傳遞給main一個包含三個字串"run"、"virtual"、"machine"的陣列。現在我們略述虛擬機器在執行HelloApp時可能採取的步驟。
開始試圖執行類HelloApp的main方法，發現該類並沒有被裝載，也就是說虛擬機器當前不包含該類的二進位制代表，於是虛擬機器使用ClassLoader試圖尋找這樣的二進位制代表。如果這個程序失敗，則丟擲一個異常。類被裝載後同時在main方法被呼叫之前，必須對類HelloApp與其它型別進行連結然後初始化。連結包含三個階段：檢驗，準備和解析。檢驗檢查被裝載的主類的符號和語義，準備則建立類或介面的靜態域以及把這些域初始化為標準的預設值，解析負責檢查主類對其它類或介面的符號引用，在這一步它是可選的。類的初始化是對類中宣告的靜態初始化函式和靜態域的初始化構造方法的執行。一個類在初始化之前它的父類必須被初始化。整個過程如下：
推薦閱讀（內含jvm記憶體區域說明）：
Java程式設計師從笨鳥到菜鳥之（九十三）深入java虛擬機器（二）——類載入器詳解（上）
參考資料：http://www.kuqin.com/java/20080525/8907.html
給我老師的人工智慧教程打call！http://blog.csdn.net/jiangjunshow
你好！ 這是你第一次使用 **Markdown編輯器** 所展示的歡迎頁。如果你想學習如何使用Markdown編輯器, 可以仔細閱讀這篇文章，瞭解一下Markdown的基本語法知識。
新的改變
我們對Markdown編輯器進行了一些功能拓展與語法支援，除了標準的Markdown編輯器功能，我們增加了如下幾點新功能，幫助你用它寫部落格：
- 全新的介面設計 ，將會帶來全新的寫作體驗；
- 在創作中心設定你喜愛的程式碼高亮樣式，Markdown 將程式碼片顯示選擇的高亮樣式 進行展示；
- 增加了 圖片拖拽 功能，你可以將本地的圖片直接拖拽到編輯區域直接展示；
- 全新的 KaTeX數學公式 語法；
- 增加了支援甘特圖的mermaid語法1 功能；
- 增加了 多螢幕編輯 Markdown文章功能；
- 增加了 焦點寫作模式、預覽模式、簡潔寫作模式、左右區域同步滾輪設定 等功能，功能按鈕位於編輯區域與預覽區域中間；
- 增加了 檢查列表 功能。
功能快捷鍵
撤銷：Ctrl/Command + Z
重做：Ctrl/Command + Y
加粗：Ctrl/Command + B
斜體：Ctrl/Command + I
標題：Ctrl/Command + Shift + H
無序列表：Ctrl/Command + Shift + U
有序列表：Ctrl/Command + Shift + O
檢查列表：Ctrl/Command + Shift + C
插入程式碼：Ctrl/Command + Shift + K
插入連結：Ctrl/Command + Shift + L
插入圖片：Ctrl/Command + Shift + G
合理的建立標題，有助於目錄的生成
直接輸入1次#，並按下space後，將生成1級標題。
輸入2次#，並按下space後，將生成2級標題。
以此類推，我們支援6級標題。有助於使用TOC語法後生成一個完美的目錄。
如何改變文字的樣式
強調文字 強調文字
加粗文字 加粗文字
標記文字
刪除文字
引用文字
H2O is是液體。
210 運算結果是 1024.
插入連結與圖片
連結: link.
圖片: 
帶尺寸的圖片:
當然，我們為了讓使用者更加便捷，我們增加了圖片拖拽功能。
如何插入一段漂亮的程式碼片
去部落格設定頁面，選擇一款你喜歡的程式碼片高亮樣式，下面展示同樣高亮的 程式碼片.
// An highlighted block var foo = 'bar'; 生成一個適合你的列表
- 專案
- 專案
- 專案
- 專案
- 專案1
- 專案2
- 專案3
- 計劃任務
- 完成任務
建立一個表格
一個簡單的表格是這麼建立的：
| 專案 | Value |
|---|---|
| 電腦 | $1600 |
| 手機 | $12 |
| 導管 | $1 |
設定內容居中、居左、居右
使用:---------:居中
使用:----------居左
使用----------:居右
| 第一列 | 第二列 | 第三列 |
|---|---|---|
| 第一列文字居中 | 第二列文字居右 | 第三列文字居左 |
SmartyPants
SmartyPants將ASCII標點字元轉換為“智慧”印刷標點HTML實體。例如：
| TYPE | ASCII | HTML |
|---|---|---|
| Single backticks | 'Isn't this fun?' |
‘Isn’t this fun?’ |
| Quotes | "Isn't this fun?" |
“Isn’t this fun?” |
| Dashes | -- is en-dash, --- is em-dash |
– is en-dash, — is em-dash |
建立一個自定義列表
- Markdown
- Text-to- HTML conversion tool
- Authors
- John
- Luke
如何建立一個註腳
一個具有註腳的文字。2
註釋也是必不可少的
Markdown將文字轉換為 HTML。
KaTeX數學公式
您可以使用渲染LaTeX數學表示式 KaTeX:
Gamma公式展示 是通過尤拉積分
你可以找到更多關於的資訊 LaTeX 數學表示式here.
新的甘特圖功能，豐富你的文章
gantt
dateFormat YYYY-MM-DD
title Adding GANTT diagram functionality to mermaid
section 現有任務
已完成 :done, des1, 2014-01-06,2014-01-08
進行中 :active, des2, 2014-01-09, 3d
計劃一 : des3, after des2, 5d
計劃二 : des4, after des3, 5d
- 關於 甘特圖 語法，參考 這兒,
UML 圖表
可以使用UML圖表進行渲染。 Mermaid. 例如下面產生的一個序列圖：:
這將產生一個流程圖。:
- 關於 Mermaid 語法，參考 這兒,
FLowchart流程圖
我們依舊會支援flowchart的流程圖：
- 關於 Flowchart流程圖 語法，參考 這兒.
匯出與匯入
匯出
如果你想嘗試使用此編輯器, 你可以在此篇文章任意編輯。當你完成了一篇文章的寫作, 在上方工具欄找到 文章匯出 ，生成一個.md檔案或者.html檔案進行本地儲存。
匯入
如果你想載入一篇你寫過的.md檔案或者.html檔案，在上方工具欄可以選擇匯入功能進行對應副檔名的檔案匯入，
繼續你的創作。
註腳的解釋 ↩︎