序言

筆者從事Anroid開發有些年頭了，深知掌握Anroid效能優化方面的知識的必要性，這是一個程式設計師必須修煉的內功。在面試中，它是面試官的摯愛，在工作中，它是程式碼質量的攔路虎，其重要性可見一斑。在團隊中，效能優化的工作又往往由經驗豐富的老師傅來完成，可見要做好效能優化，絕不是一件容易的事情。

       效能優化方面涉及的知識點比較廣，有理論基礎知識，也有實際操作技能，筆者將通過一系列的文章來進行整理，將主要包括Java虛擬機器、記憶體分配、垃圾回收，android虛擬機器、程序管理、記憶體優化、記憶體洩漏，常用記憶體分析及優化工具介紹等。由於筆者水平和經驗有限，也是在邊研究邊整理，有不當之處，請不吝賜教。

        當前系列內容已完成如下篇章：

前言

        之所以在講記憶體之前先介紹JVM，是因為JVM就像盤古一樣開天闢地，在機器上開闢了一個虛擬的空間，然後才有了java生存的土壤。該系列文章的主角——記憶體就是JVM中的一部分。同時，這也是中高階程式設計師，架構師，系統調優師等職位所必須要了解甚至深入掌握的知識點。

一、什麼是JVM？

       咱們這裡借鑑百度百科的解釋：

       JVM是Java Virtual Machine 的縮寫，即Java虛擬機器，它是一種用於計算裝置的規範，通過在實際的計算機上模擬模擬各種計算機功能來實現，可以簡單理解為，它是一個在實際計算機中虛構出來的寄生計算機。Java原始檔經過編譯器編譯成.class檔案（位元組碼檔案）後，由JVM來執行。JVM擁有一套支援java位元組碼檔案(.class檔案)執行的環境，可以將.class檔案解釋成具體平臺上的機器指令並執行。Java程式只需要生成.class檔案，即可以在任何裝有JVM的裝置上執行，而不需要理會具體作業系統平臺相關的資訊。此時的JVM就像一個翻譯官一樣連線連線著.class檔案和系統平臺。Java的這個特性叫做平臺無關性，實現了“一次編譯，到處執行”，JVM就是實現Java這個功能的大功臣。

二、JDK,JRE,JVM是什麼關係？

       如下截圖為JDK安裝包結構

  1、JDK

      Java Development Kit 的縮寫，即 Java開發工具包，提供了開發java程式所需要的基本條件。在上圖JDK安裝包截圖的紅色邊框中

• bin：最主要包含了編輯器javac.exe，功能是將java原始檔編譯為.class檔案。
• include：包含了Java和JVM互動用的標頭檔案。
• lib：包含了ava開發所需的類庫。
• jre：為Java執行環境。

  2、JRE

       Java Runtime Environment的縮寫，即Java執行環境，下圖為JRE資料夾的內容。注意，JRE是執行環境，而不是開發環境。

• bin：可以理解為JVM，其中javaw.exe或java.exe用於執行.class檔案。

• lib：提供了JVM執行所需要的庫             

  3、JVM

        執行.class檔案。

  4、結論

        這三者的關係可以通過下圖(摘自某網站)來理解：JDK包含了JRE,JRE又包含了JVM(對於比較懶得童鞋，可以先記住這個結論)。圖中提到的Java開發工具，整合有類庫和編譯工具，只需關聯jre即可。                

三、JVM執行Java程式的流程        

       下圖顯示了JVM在jiava程式工作流中的位置，可以結合前面的內容來看。

       一個JVM例項對應一個獨立執行的Java程式，是屬於程序級別的，也有自己的生命週期：

  1、啟動

        當啟動一個Java程式的時候，就產生了一個JVM例項。我們還記得Java的入口函式 public static void main(String[] args)嗎？每個擁有該函式的.class都可以作為JVM例項執行的起點。

  2、執行

        main()作為起點，啟動主執行緒，其他任何執行緒都在該執行緒中啟動。JVM有兩種執行緒：User Thread（使用者執行緒）和Daemon Thread（守護執行緒：為使用者執行緒服務的執行緒），main()執行緒為使用者執行緒，而守護執行緒通常由JVM自己使用。

  3、消亡

        當程式中的所有使用者執行緒都終止時，JVM才會退出，守護執行緒無執行緒需要服務了，也就跟著退出了歷史的舞臺。若安全管理器允許，程式也可以使用Runtime或者System.exit()來退出。

四、JVM架構及工作原理

       上圖更詳細地展示了JVM的架構，由圖可知，JVM主要是劃分為三個子系統 ：（1）類載入器子系統 （2）執行時資料區 （3）執行引擎 和Java本地介面、本地方法庫。

  1、類載入器子系統(Class Loader SubSystem)

       Java的動態類載入功能由該子系統處理，當它在執行時（不是編譯時）首次引用一個類時，它載入、連結並初始化該類檔案(.class檔案)。

    （1）載入(Loading)

        類的載入在此元件中完成，載入過程主要由下面三個載入器實現：

        1）啟動類載入器(BootStrap class Loader)。負責從啟動類路徑中載入類，無非就是rt.jar。這個載入器會被賦予最高優先順序。

        2）擴充套件類載入器(Extension class Loader)。負責載入ext目錄(jre\lib)內的類。

        3）應用程式類載入器(Application class Loader)。負責載入應用程式級別類路徑，涉及到路徑的環境變數等。

        這三個類載入器會遵循委託層次演算法(Delegation Hierarchy Algorithm)載入類檔案。

    （2）連結(Linking)

        該過程主要完成以下三個步驟：

        1）校驗(Verify)。位元組碼校驗器會校驗生成的位元組碼是否正確，如果校驗失敗，我們會得到校驗錯誤。

        2）準備(Prepare)。分配記憶體並初始化預設值給所有的靜態變數。

        3）解析(Resolve)。所有符號記憶體引用被方法區（Method Area）的原始引用所替代。

    （3）初始化(Initialization)

       這是類載入的最後階段，這裡所有的靜態變數會賦初始值，並且靜態塊將被執行。

  2、執行時資料區(Runtime Data Area)

  3、執行引擎(Execution Engine)。

        分配給執行時資料區的位元組碼將由執行引擎執行，執行引擎讀取位元組碼並逐段執行。它包含了如下三個部分：直譯器、編譯器、垃圾回收器。

    （1）直譯器(interpreter)。

        直譯器能夠快速地解釋位元組碼，但執行卻很慢。它的一個缺點就是，當一個方法被呼叫多次，每次都需要重新解釋。

    （2）JIT編譯器。

        JIT編譯器消除了直譯器的缺點，執行引擎利用直譯器轉換位元組碼，但如果是重複的程式碼，則使用JIT編譯器將全部位元組碼編譯成本機程式碼，本機程式碼將直接用於重複的方法呼叫，這樣提高了系統的效能。它的工作由下面4個工具協同完成：

        1）中間程式碼生成器。負責生成中間程式碼。

        2）程式碼優化器。負責優化上面生成的中間程式碼。

        3）目的碼生成器。負責生成機器程式碼或本機程式碼。

        4）探測器(Profiler)。一個特殊的元件，負責尋找被多次呼叫的方法。

    （3）垃圾回收器。

       蒐集並刪除未引用的物件。可以通過呼叫“System.gc()”來觸發垃圾回收，但並不保證會確實進行垃圾回收。JVM的垃圾回收只收集那些由new關鍵字建立的物件。所以，如果不是用new建立的物件，你可以使用finalize函式來執行清理。

  4、Java本地介面(JNI,Native Method Interface Interface)

       JNI會與本地方法庫進行互動並提供執行引擎所需的本地庫。

  5、本地方法庫(Native Method Library)

      它是一個執行引擎的本地庫集合。 

五、參考資料

       本文主要參考瞭如下內容（吃水不忘挖井人嘛，要尊重原作者）  

       最後推薦一本術，周志明著的《深入理解Java虛擬機器——JVM高階特性與最佳實踐》，業內評價很高，口碑非常好。