[JVM]JVM内存模型，类加载过程，双亲委派模型

文章目录

- 1. JDK,JRE,JVM分别是什么，它们之间有什么联系？
- 2. JVM内存区域划分
- 3. JVM类加载过程
- 4. 一个经典面试题
- 5. JVM 双亲委派模型

1. JDK,JRE,JVM分别是什么，它们之间有什么联系？

JDK: 是Java开发工具包，包含了编写，编译，调试和运行Java程序所需要的所有工具和组件。比如编译器Javac,JavaAPI，调试工具等，JDK是针对Java开发人员的，它包含了Jre,还有编译器和其他工具，可以用来编写和调试Java程序

JRE: 是Java运行时环境，包括了Java虚拟机和Java标准类库，用于在计算机中运行Java程序。

JVM： 是Java虚拟机，是Java程序的运行环境，负责将Java代码转化成为可以在计算机上运行的机器码，并且提供必要的条件支持。

2. JVM内存区域划分

JVM内存区域包括：程序计数器，栈区，堆区，方法区。

程序计数器： 内存中最小的区域，保存了下一条要执行的指令地址在哪。这里的指令就是使用JVM加载后的字节码文件，程序要想执行，那么此时就要使用JVM把字节码文件加载起来，放到内存中国，程序就会一条一条的把指令从内从中取出来，放到CPU上执行，那么此时就需要随时记住，当前执行到哪一条了。

我们知道CPU是并发执行程序的，CPU不是只给你一个进程提供服务的，要伺候所有的进程。因为操作系统是以线程为单位进行跳读执行的。每个线程都记录自己的执行位置。

还有就是我们的程序计数器，是在线程中存在的，并且每个线程只有一个程序计数器。

栈区： 用来存储局部变量和方法调用的信息。方法调用的时候，每次调用一个新的方法，就会设计到一个入栈操作，每次执行完一个方法之后，都涉及到出栈操作。

看如下代码：

void A(){
    B();
}
void B(){
    C();
}
void C(){

}

在这里插入图片描述

如果不停的在栈区中存放方法的信息，那么就会造成栈溢出。那么此时就要联想到我们的递归方法，自己调用自己，那一个方法的信息不停的添加到栈区中，如果我们此时的递归条件，没有写正确，那么就会造成栈溢出。

在JVM中，栈的空间是比较小的，并且在JVM中可以配置栈空间的大小，但是一般也就是几M，或者几十M。这里的栈区其实就和我们在学习数据结构时学的基本一样。

我们要注意的是，这个栈区是在每个线程中存储一份的。

堆区： 一个进程只有一份，那么就是进程中的多个线程，共享我们这里的堆区 这个也是北村中空间占有最大的区域，我们一般写代码时，new出来的对象，都添加到对中，对象的成员变量自然也是在堆中了。

但是这里有这一句话，大家看对不对，内置类型的变量，在栈区上。引用类型的变量在堆区上。其实这个说法是错误的，正确的应该是局部变量，在栈区，成员变量和new出来的对象，在堆上

void func(){
    String s = new String()l
}

此时这个操作在执行的时候，s和new String()是两个东西。
在这里插入图片描述

因为String 是引用类型，那么此时这里的s是一个引用类型的变量，但是它在一个方法中，方法一执行结束，那么此时这个s就从栈区消失了，那么此时的这个s就是一个局部变量。

这里的new String() 是一个对象的实体，是在堆上储存的

class Test{
    String s = new String();
}
new Test();

这里的s是一个引用类型的变量，并且此时s是在Test类中的一个成员变量，那么此时的这个s就就是在堆区中的。

同样我们的new String() 这个对象主体，也是在堆区中的。
在这里插入图片描述

方法区： 方法区中，存放的是"类对象"

.class文件会被加载到内存中，也就被JVM构造成类对象(加载的称为"类加载")

这里的类加载，就是放到方法区中，那么类对象就是描述这个类长啥样。好比说，类的名字是什么，里面有哪些成员，有哪些方法，每个成员叫啥名字，是啥类型，public/private,每个方法叫啥名字，是啥类型，public。private,方法里面包含的指令。这里我们有没有想到Java的反射机制呢？？？😏😏😏

类对象中还有一个很重要的东西，就是静态成员。静态成员是使用static关键字修饰的成员，也称为类属性，而我们的普通成员，叫做实例属性

3. JVM类加载过程

类加载：其实就是设计一个运行是环境的一个重要的核心的功能。类加载就是把.class文件，加载到内存中，构建成类对象。

类加载大致分为三个大步骤：
在这里插入图片描述

Loading环节：

先找到对应的.class文件，然后打开并读取.class文件，同时初步的生成一个类对象

在Loading的一个关键环节，.class文件到底是啥样的呢?
在这里插入图片描述

.class文件的格式正如上图，其中 u4 就是4个字节的unsigned int u2 就是2个字节的unsigned int ,cp_info/field_info 都是结构体。field_info表示的是类中的信息，method_info就表示的是方法中的信息

我们可以观察这个.class文件的格式，既可以看到 .class文件就把.java文件中的核心信息都表述进去了，只不过组织格式发生了变化。

Linking：

连接一般就是创建好几个实体之间的联系。

Verification: 表示的是校验过程，主要就是验证读到的内容是不是和规范中规定的格式，完全匹配。如果发现这里读到的数据格式不符合规范，就会类加载失败，并且抛出异常。

PreParation: 准备阶段是这个是为类中定义的变量，静态变量，被static修饰的变量，分配内存并设置变量初始化的阶段。

给静态变量分配内存，并且设置0值

Resoulation：表示的是解析。.class文件中，常量是集中放置的，每个常量有一个编号。.class文件的结构体里初始化情况下只是记录了编号。就需要根据编号找到对应的内容，填充到类对象中。

Initializing： 真正对类对象进行初始化，尤其是针对静态成员。

4. 一个经典面试题

大家看看下面的代码片段，判断输入结构是什么？

class A{
    public A(){
        System.out.println("执行A类中无参的构造方法");
    }
    {
        System.out.println("执行A类中的构造方法块");
    }
    static{
        System.out.println("执行A类中的静态代码块");
    }
}
class B extends A{
    public B(){
        System.out.println("执行B类中无参的构造方法");
    }
    {
        System.out.println("执行B类中的构造方法块");
    }
    static{
        System.out.println("执行B类中的静态代码块");
    }
}
public class TestDemo2 extends B {
    public static void main(String[] args) {
        new TestDemo();
        new TestDemo();
    }
}

这里有一个大的原则：

类加载阶段会进行静态代码块的执行，要想创建实例，那么势必要先进行类加载
这里的静态代码块只是在类加载阶段执行一次
构造方法和构造代码块，每次实例化都会被执行，构造代码块在构造方法的前面执行。
父类执行在前，子类执行在后。
我们这里的main方法开始执行，然后调用TestDemo2的方法，因此要执行main方法，就需要先加载TestDemo2
TestDemo2类继承自B，要加载TestDemo2，就要先加载B
B继承自A,要加载B，就要先加载A

所以最后的执行结果就是：

执行A类中的静态代码块
执行B类中的静态代码块
执行A类中的构造方法块
执行A类中无参的构造方法
执行B类中的构造方法块
执行B类中无参的构造方法
执行A类中的构造方法块
执行A类中无参的构造方法
执行B类中的构造方法块
执行B类中无参的构造方法

5. JVM 双亲委派模型

其实这个JVM中的双亲委派模型在面试中是非常喜欢考的，但是这个东西是不重要的，这个东西其实也不是很难理解的，这个东西在我们日常编码的时候没有指导意义。即使它有一个高大上的名字。

其实这里的双亲委派模型就是一个类加载环节

这个环节是处于Loading状态的

双亲委派模型，描述的就是JVM中的一个类加载器，如何根据类的权限名，就如(java.lang.String)找到.class文件的过程。

这个类加载器是JVM中提供了一个专门的对象，叫做类加载器，负责进行类加载，当然找文件的过程也是有类加载器来负责的。

这里的.class文件,可能放置的位置有很多，有的放到JDK目录中，有的放到项目目录中，还有在其他的特定位置。

默认的类的加载器，主要有3个

BootStrapClassLoader:负责加载标准库中的类(String,ArrayList，random，Scanner等)
ExtensionClassLoader: 负责加载JDK扩展的类
ApplicationClassLoader:负责加载当前项目中的类

其实我们程序员也可以自定义类加载器，来加载其他目录中的类，就比如Tomcat就自定义了类加载器，用来专门加载webapps里面的.class文件

我们的双亲委派模型，就描述这个找目录的过程，也就是上述类加载器是如何配合的

考虑加载我们的java.util.String

程序启动，先进入ApplicationclassLoader类加载器
ApplicationClassLoader就会检查下它的父加载器是否已经加载过了，如果没有，就调用父加载器extensionClassLoader
ExtensionclassLoader也会检查下，它的父加载器是否加载过了，如果没有，就调用父加载器BootStrapClassloader
BootStropClassLoader也会检查下，它的父加载器是否加载过了，但是自己没有父加载器，于是就扫描自己负责的目录
java.lang.String这个类在标准库中内找到，直接由BootStrapClassLoader负责后序的加载过程，查询环节就结束了。

类加载器，加载我们自己写的Test类

首先前面还是一样的

程序启动，先进入ApplicationclassLoader类加载器
ApplicationClassLoader就会检查下它的父加载器是否已经加载过了，如果没有，就调用父加载器extensionClassLoader
ExtensionclassLoader也会检查下，它的父加载器是否加载过了，如果没有，就调用父加载器BootStrapClassloader也会检查下，它的父加载器是否加载过了，但是自己没有父加载器，于是就扫描自己负责的目录
BootStropClassLoader也会检查下，它的父加载器是否加载过了，但是自己没有父加载器，于是就扫描自己负责的目录。但是还是没有找到，那么此时就回到子记载器中继续扫描。
ExtensionClassLOader也扫描自己负责的目录，也没扫描到，回到子加载器继续扫描
ApplicationClassLoader也扫描自己负责的目录，能找到Test类，于是进行后溪的加载，查找目录环节结束。