通俗易懂理解JAVA虚拟机_什么是java虚拟机

目录

前言    

一、什么是JAVA虚拟机（JVM）

二、内存结构

1.程序计数器

2.虚拟机栈

3.本地方法栈

4.堆

5.方法区（元数据区）

6、执行引擎

7、直接内存

三、垃圾回收

1.如何判断对象可以回收，

2.垃圾回收算法

3.分代垃圾回收

4.垃圾回收器

四、垃圾回收调优

五、类加载器子系统

1.类加载过程：

2.类加载器以及之间的关系

3.双亲委派机制

4.沙箱安全机制

六、Class文件格式（ClassFileFormat）

1.字节码文件的跨平台性

2.虚拟机基石

总结

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前言    

       本文以HotSpot虚拟机为代表，重点是介绍一下java虚拟机内存结构，垃圾回收机制，类加载子系统。

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一、什么是JAVA虚拟机（JVM）

        虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。
简单来说JVM是用来解析和运行Java程序的。

二、内存结构

JVM的内部体系结构分为三部分，分别是：类装载器（ClassLoader）子系统，运行时数据区，和执行引擎

java虚拟机定义了若干的程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中会有一些随着虚拟机启动而启动，随着虚拟机的退出而销毁，比如线程独享的存储区域。

线程共享：堆，堆外内存(元空间)
线程独享： 计数器，本地方法栈，虚拟机栈。

1.程序计数器

pc程序计数器：存储指向下一条指令的地址，由执行引擎读取下一条指令，线程私有，运行速度最快的存储区域，他是唯一一个没有一个内存溢出（out of memery）的区域

如果线程正在执行的是java虚拟机栈的方法时，程序计数器记录的是java虚拟机 正在执行字节码指令地址，如果执行的native方法，则记录的是Underfined。

2.虚拟机栈

虚拟机栈： 线程运行需要的内存空间，每个方法在执行时都会创建一个栈帧，栈帧：每个方法运行时需要的内存，一个栈内有多个栈帧。栈帧存储局部变量表，动态链接，操作数，方法出口等信息。一个方法从调用到结束就是一个栈帧从入栈到出栈的过程。

局部变量表：是用来存储我们临时8个基本数据类型、对象引用地址、returnAddress类型，就是一些操作完以后的数据，它是一个数组结构。（returnAddress中保存的是return后要执行的字节码的指令地址。）
操作数栈：操作数栈就是用来操作的，例如代码中有个 i = 6*6，他在一开始的时候就会进行操作，读取我们的代码，进行计算后再放入局部变量表中去，临时来存放数据。
动态链接：假如我方法中，有个 service.add()方法，要链接到别的方法中去，这就是动态链接，存储链接的地方。

出口：出口正常的话就是return 不正常的话就是抛出异常落

1.垃圾回收是否涉及栈内存？

  答： 不需要，这里是一定不能有垃圾的，如果这里有垃圾那么栈帧会弹不出去，整个虚拟机栈会卡死。
2.栈内存分配越大越好吗？ 

答： 不是，因为栈内存一定的情况下，分配越大，栈帧的数量就会减少
栈内存溢出StackOverFloatError： 方法的递归调用，栈帧过多，栈帧过大，第三方的库都可能会导致，  调优 -Xss  

3.本地方法栈

java虚拟机调用本地方法时分配的内存，本地方法就是一些不是由java编写的代码比如一些由c/c++编写的方法，本地方法栈就是给本地方法运行提供内存空间。

4.堆

线程共享，这块是java虚拟机内存结构中最大的一块区域，也是垃圾收集的主要区域，线程共享，主要存放java创建的实例和数组，当堆中没有内存存放实例时会oom，内存溢出。

堆内存诊断：

jps：查看当前系统中有哪些java进程，命令行形式

jmap：查看堆内存的占用情况（某个时刻），命令行形式  jamp -heap 进程id

jconsole:多功能的检测工具，可以连续监测，图形界面

jvirsualvm:图形化界面工具，可以排查堆内存占用情况，堆dump。

相关VM参数

 堆初始大小 ： -Xms
 
堆最大大小：-Xmx
 
新生代大小： -Xmn
 
幸存区比例： -XX: SurvivorRatio=
 
GC详情：-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
 
FullGC前MinorGC: -XX:+ScavengeBeforeFullGC
晋升阈值：-XX:MaxTenuringThreadhold=threashold

5.方法区（元数据区）

线程共享，方法区逻辑上是堆的一部分，方法存储了更类结构相关的一些信息，比如常量，类变量，类的构造器，方法的信息，成员方法和构造方法，编译器编译后的代码等等，方法区如果内存不足也会报内存溢出

在jdk1.8以前，称为永久代，在1.8以后，称为元空间MateSpace，不由具名管理它的内存结构，而是交给操作系统内存，元空间使用的系统内存，元空间的串池StringTable被移到了堆内存中。
代理技术在运行期间动态生成字节码，可能会出现内存溢出，场景： Spring ，mybatis。
常量池：存放编译期间生成字面量和符号的引用 ，虚拟机根据这张常量表找到要执行的方法名，类名，参数类型，字面量等信息。
运行时常量池： 当常量池是在*.class 文件中的，当类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池中，并把里面的符号地址编号才能真实地址。
常量池(contanst pool)和串池(String Table)的关系： 

 
public class a {
    public static void main(String[] args){
        String s1="a";
        String s2="b";   //懒惰的
        String s3="ab";
        String s4 =s1+s2;  //new StringBuilder().append().toString(),StringBuilder的 
                           toString是new了一个新对象，相当于new String("ab");
        String s5="a"+"b"; //javac在编译期间的优化，在编译就已经确定为ab
        System.out.println( s3 == s4); //false  s3是在串池中的，而s4是在堆里面的，地址不同
        System.out.println(s3 == s5);  //true  这里跟上面不同之处在于 "a"和"b"是常量，
                    而s1和s2是变量，常量在编译器就已经确定，不需要用StringBuilder去拼接
    }
 
}

串池（StringTable）的特性：

常量池中的字符串仅仅是符号而已，第一次用到才变为对象；

利用StringTable的机制来避免重复创建字符串对象；

字符串变量拼接的原理是StringBuilder创建新对象；

字符串常量拼接原理是编译器优化；

可以使用intern方法，主动将串池中还没有字符串对象放入串池；

StringTable也会触发垃圾回收。

 jdk1.8这个字符串对象尝试放入串池，如果有并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回。

jdk1.6将这个字符串对象尝试放入串池，如果有并不会放入，如果没有会把对象复制一份，放入串池，会把串池中的对象返回。

public class a {
    //串池的字符["a","b","ab"]
    public static void main(String[] args){
        String s = "ab";
        String s1= new String("a") + new String("b"); //new String("ab");
        String s2 = s.intern(); //将这个字符串对象尝试放入串池中，如果有则不放入，没有就会把串池的对象返回
 
        System.out.println(s2 == s1);  //false
        System.out.println(s2 == "ab");//true
 
    }
 
}

串池的位置：

在jdk1.6串池StringTable是常量池中的一部分，随着常量池放在永久代（方法区）中

在jdk1.8串池StringTable是放在堆中，

永久代的内存回收效率很低，永久代得到fullGC时才会进行垃圾回收，而一个java对象中大量的字符串都放在StringTable中，StringTable用的非常频繁，如果放在堆中的话，只需要minGC既可以触发垃圾回收

6、执行引擎

从代码的执行角度来讲，执行引擎是非常重要的，是JVM核心结构之一。

JVM的主要任务是负责 装载字节码到内部，但是字节码并不能直接运行在操作系统之上，以因为字节码的指令并非等价于本地机器指令，它的内部包含的仅仅只是一些能够被JVM所识别的字节码指令，符号表。那么，想让一个Java程序运行起来，还需要执行引擎安静会字节码指令解释、编译成对应平台上的本地机器指令才可以。简单理解就是，一个翻译官。

 java采用混合模式：混合使用解释器 + 热点代码编译，java的半解释半编译并不是先解释再编译的而是它可以解释也可以编译。

1.解释器（图中绿色部分）

将源代码翻译成字节码文件，然后在运行时通过解释器假尼姑字节码文件翻译成机器指令，时至今日，Java虚拟机其实不只是面对Java这门语言，因为任何class文件都能在Java虚拟机上运行。

2.及时编译器 Just In-Time intepreter（图中蓝色部分）

由于解释器在设计和实现上非常简单，除了java外还有很多语言也同样是基于解释器执行，基于解释器执行已经沦为低效的代名词，为了解决这一问题，JVM提供一种叫做及时编译器的技术。

优势：速度快，已经可以和C/C++一较高下了。

既然如此，为什么要保留解释器？

首先，解释器的优点是响应速度快，解释器可以马上发挥作用，省去编译时间，而不必等待即时编译器全部编译完成再去执行，这样可以省去很多不必要的编译时间，并且随之程序运行时间推移，即时编译器逐渐发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。

热点代码检测：

多次被调用的方法（方法计数器：监测方法执行频率）

多次调用循环（循环计数器： 监测循环执行频率）

7、直接内存

直接内存并不是java虚拟机的一部分，不受JVM内存回收管理，但是会内存溢出

常用于NIO操作时，用在数据缓冲区

分配回收成本较高，但是读写性能高

java本身并不具备 磁盘 读写的能力，java要调用磁盘文件的内容需要调用本地方法，这里会牵扯到CPU的运行状态，由用户转态转换到内核转态，其次，当CPU切换到内核状态时内存这边也会划出一块系统缓冲区中，，而java代码是没办法直接运行的，所以会在java对内存中划分出一块java缓冲区，这时会有两块缓冲区，读取的时候必然会有不必要的复制，降低效率。

JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区（Buffer）的I/O 方式，它可以使用native 函数库直接分配堆外内存，然后通脱一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。java代码能直接访问这块区域，磁盘文件也能直接访问这块区域。所以就提高读写效率。

 直接内存和堆内存的区别：

直接内存的读写效率 高，分配回收成本高

堆内存的读写效率 低 ， 分配回收成本低

三、垃圾回收

1.如何判断对象可以回收，

1.1引用计数：给对象一个计数器，难以解决对象之间循环引用的问题，会造成内存泄漏。

1.2可达性分析，java虚拟机中的垃圾回收器采用的是这种算法，判断GC ROOT是否有相连的引用链，如果没有就回收。

1.3四种引用（强度递减）

强引用：只要沿着GCroot引用链，就不能被回收。

软引用，只要没有被强引用引用，就可能会被回收，当我垃圾回收时，内存不够就回收；软引用本身也是一个对象，当软引用对象被回收时，软引用会进入引用队列。

弱引用，只要没有被强引用引用，就可能会被回收，当我垃圾回收时，不管内存够不够都回收，同理，软引用也会进入引用队列。

虚引用，必须配合引用队列使用，当虚引用对象创建时，他会关联一个引用队列，主要配合           

终结器引用，必须配合引用队列使用 

2.垃圾回收算法

复制算法 

 特点：效率高，但是会浪费空间，复制算法主要用在新生代，因为大多数的对象都是朝生夕死的，没办法熬过第一次的GC，所以没有必要用标记算法。

垃圾清除算法 

特点：会产生空间碎片， 用在老年代，老年代中对象存活率较高、没有额外的空间分配对它进行担保

垃圾整理算法 

 这是复制算法和标记清除算法的折中，内存利用率高，而且不会产生内存碎片，用在老年代。

3.分代垃圾回收

在谈论垃圾回收器之前我们得先了解分代模型

根据对象的存活周期的不同将内存划分成几块，新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。可以用抓重点的思路来理解这个算法。
新生代对象朝生夕死,对象数量多，只要重点扫描这个区域，那么就可以大大提高垃圾收集的效率。另外老年代对象存储久，无需经常扫描老年代，避免扫描导致的开销。新生代和老年代的比例是1:2，

新生代

在新生代，每次垃圾收集器都发现有大批对象死去，只有少量存活，采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

• 新生代的特点

  • 所有的 new 操作分配内存都是非常廉价的
    • TLAB thread-lcoal allocation buffer
  • 死亡对象回收零代价
  • 大部分对象用过即死（朝生夕死）
  • Minor GC 所用时间远小于 Full GC

• 新生代内存越大越好么？

  • 不是
  • 新生代内存太小：频繁触发 Minor GC ，会 STW ，会使得吞吐量下降
  • 新生代内存太大：老年代内存占比有所降低，会更频繁地触发 Full GC。而且触发 Minor GC 时，清理新生代所花费的时间会更长

老年代

而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须“标记清除法或者标记整理算法进行回收。

Full GC Minor GC ，Major GC的概念

FullGC

清理的是整个堆空间包括新生代和老年代

SerialGC，ParallelGC，CMS,G1折四种垃圾收集器早新生代内存不足发生的垃圾收集都是-minor gc，Serial和ParallelGC在老年代内存不足发生的垃圾收集机制都是-full gc；

CMS和G1这两个垃圾收集在老年代有所不同，对于G1来说，新产生的垃圾跟不上回收的速度，这时候并发收集就失败了，这时候就会退化成FullGC，就会特别的慢，更长时间的Stop the world，响应速度变慢；对于CMS也一样，他们工作在并发的阶段，回收速度高于垃圾产生速度，GC日志是不会有FullGC的字样的。

MinorGC

Minor GC是新生代GC，指的是发生在新生代的垃圾收集动作。由于java对象大都是朝生夕死的，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

MajorGC

Major GC是老年代GC，指的是发生在老年代的GC，通常执行Major GC会连着Minor GC一起执行。Major GC的速度要比Minor GC慢的多。

4.垃圾回收器

所谓的垃圾回收，跟jdk版本有很大的关系，不同版本的垃圾回收器在内存的管理是不一样的，jvm的内存管理由垃圾回收器来决定。

随着内存变得越来越大，诞生了很多种垃圾回收器，jVM总共有十种垃圾回收器，这篇介绍的是前面的六种和G1

前面六种是分代模型，就是内存里面分成两代，分为新生代和老年代

G1是逻辑分代，物理不分代，

ZGC逻辑不分代，物理也不分代，

Shenando和ZGC他们很像

Epsilon，是jdk11新出的，特殊的一个，他什么事都没干

垃圾回收器的组合：

凡是图中有连线的都可以组合使用，但是常用的组合就三种

ParNew和CMS，Serial和SerialOld,  ParallelScavenge和Parallelold

查看虚拟机用的是那种GC的命令

六种分代垃圾回收器

这几个垃圾收集器一般是配合使用

1.串行：单线程，适合堆内存小，垃圾回收线程工作时其他线程都得停止（Stop The World）

Serial，工作在新生代，复制算法

SerialOld，工作在老年代，标记-整理算法

2.吞吐量优先：多线程，适合堆内存比较大，多核CPU支持，适合服务器，让单位时间内Stop The World时间变短，垃圾回

ParallelScavenge:新生代，复制算法，垃圾回收线程跟CPU核数有关

ParallelOld:老年代，标记整理算法，这两种是JDK 1.8默认的垃圾回收机制

3.响应时间优先：多线程，适合堆内存比较大，多核CPU支持，适合服务器，尽可能让单次STW时间变短

ParNew：新生带，复制算法，serial的多线程版本

CMS：Concurrent Mark Sweep，老年代，用户线程和垃圾线程并行，stop The World时间短。

分为以下几个阶段

• 1、初始标记（CMS initial mark）会产生停顿，非常短，仅仅是扫描引用链
• 2、并发标记（CMS concurrent mark），从root开始找，一边找业务线程一边运行
• 3、重新标记（CMS remark），会产生停顿，当整个图谱屡清楚以后，再重新标记一边，它的STW时间其实不会很短，但是相比于前面几种回收器来讲时间会短很多。
• 4、并发清除（CMS concurrent sweep）清除垃圾，和用户线程一起工作

为什么CMS不启用标记压缩？ 要保证用户线程还能够继续执行，不能改变用户线程对象的位置。

优点：并发收集，低延迟 

弊端：会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用空间不足，无法分配大对象的情况下不得不触发Full GC。

CMS对CPU的资源非常敏感，在并发阶段，他虽然不会导致用户线程停止，但是会因为占用一大部分的线程导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。

CMS收集器无法处理浮动垃圾。比如关联的对象突然变成垃圾，那么他在第一次就不会被清理掉，就是浮动垃圾，第二次CMS才会将他们删除。

另外，由于垃圾收集阶段用户线程没有中断，所以在CMS回收过程中，还应该确保应用程序有足够可用的内存可用。因此CMS收集器不能像其他收集器那样等老年代几乎完全填满了再进行收集，而是当堆内存使用率达到某一阈值时，便开始使用回收，以确保引用程序在CMS过程中依然有足够的空间支持程序运行。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次

"Councurrent Mode Failure" 失败，这时，虚拟机将启动后备预案：临时启用Serial Old收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了。

-XX:+UseConcMarkSreepGC //手动使用ParNew + CMS
-XX:CMSInitiatingOccupanyFraction //设置堆内存使用率的阈值
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection //执行完full gc后进行压缩整理
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction //设置执行多少次不压缩的Full GC后，来一次压缩整理
-XX:ParallelCMSThreads //cms线程数

5、G1垃圾回收器：

从JDK9就默认使用，使用场景同时注重吞吐量和低延迟，默认的暂停目标是200ms，G1跟cms一样都是并发，在小的堆内存场景下，他们的速度暂停速度都差不多，但是在堆内存大的情况下，G1收集器在暂停时间的优势就体现出来了，应用场景可以面向服务端应用。

设计思想：它将整个堆分成若干个预先设定的小区域块（1~32MB，大小可调），每个区域内部不在进行新旧分区，而是将

超大堆内存管理的思想，会划分为多个大小相等的区域，每个区域都可以作为伊甸园，老年区

整体是 标记整理算法，两个区域之间是复制算法。

C1回收器的垃圾回收阶段

YoungConnection，主要是对Eden区的GC，对象创建式分配到伊甸园区，Eden区的内存紧张了，对象多了，就会以复制的算法到复制到幸存区，再工作一段时间，幸存区的空间不够了，Eden区中的部分数据会之间晋升到老年代空间中，当最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，应用线程继续执行。

MixedConnection混合收集，在新生代和老年代都来进行规模较大的收集，当整个堆大小在具名堆栈空间中占比达到45%时，G1就会启动一次混合垃圾收集周期，同时也回收后台扫描标记的老年代分区

三色标记算法（Remark）

CMS和G1在并发标记时使用的是同一个算法：三色标记法，使用白灰黑三种颜色标记对象。白色是未标记；灰色自身被标记，引用的对象未标记；黑色自身与引用对象都已标记。垃圾回收时会根据对象的颜色去回收垃圾

漏标问题

 两个条件发生漏标问题：

灰色对象指向的白色对象引用消失，黑色对象指向了白色对象。

解决办法：添加屏障

1. 跟踪黑指向白的增加
   incremental update：增量更新，关注引用的增加，把黑色重新标记为灰色，下次重新扫描属性。CMS采用该方法，但是这个办法隐藏了严重的BUG，所以CMS的remark阶段，必须重头扫描一遍。
2. 记录灰指向白的消失
   SATB snapshot at the beginning：关注引用的删除，当灰–>白消失时，要把这个 引用 推到GC的堆栈，保证白还能被GC扫描到。G1采用该方法。

-XX:+UseG1GC //jdk9之前手动指定
-XX:G1HeapRegionSize //指定region大小，根据最小的堆内存划分成2048个区域
-XX:MaxGCPauseMillis //期望达到的最大gc停顿时间，过小单次gc的对象少，过大停顿时间长
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent //当整个Java堆的占用率达到参数值时，开始并发标记阶段
-XX:ParallelGCThread //并行时gc线程数，会stop-the-world
-XX:ConcGCThreads //并发时gc线程数

对象分配策略

java某些特定小的对象是可以在java虚拟机栈进行分配，栈里面通常会有方法的调用，一个方法对应一个栈帧，如果用栈帧来管理对象会有什么好处呢？ 不需要GC参与垃圾回收，栈往外面一弹，整个对象分配结束，效率非常高。既然如此，那么为什么所有的对象都不往栈上分配？

1.栈的空间通常比较小；

2.如果一个栈帧里面有个一个引用，引用了另一个对象，这时如果这个对象被弹出去了，那么这个引用就会空指针错误。

如果这个对象够大，这个大是可以自己分配的，栈上分配不下，直接分配到老年代，如果这个对象不大不小的话就会分配到伊甸园区，不过前面还有一个线程本地分配缓冲区，不过这块区域本身就在伊甸园区，这块区域也能调优。

线程本地分配缓冲区，每个线程启动时，jVM下每个Eden去中为本地区分配缓冲区，这块区域是这个线程专属的，他的目的为了使对象尽可能快的而分配出来。如果独享在一个共享空间中分配，我们需要采用一些同步机制来管理这些空间内的空闲指针。在Eden空间中，每一个线程都有一个固定的分区用于分配对象，即一个TLAB。分配对象时，线程之间不需要进行任何同步，这样他们的效率又变高了。

不管TLAB空间中能不能分配的对象，对象都会在Eden空间中进行分配。如果Eden空间无法容纳该对象，就这能在老年代中进行空间分配。

四、垃圾回收调优

JVM垃圾回收调优主要就是调整下面两个指标

停顿时间: 垃圾收集器的垃圾回收线程中断应用执行的时间。-XX：MaxGCPauseMillils

吞吐量：花在垃圾收集的时间和花在应用时间的占比 -XX：GCTimeRatio=<n>

内存占用: Java堆中所占内存的大小

GC调优思路：

吞吐量大：降低gc频率，延长单次暂停时间来进行gc

暂停时间短优先：缩短单次暂停时间进行gc，提高工程频率，吞吐量下降 

配置常见的四种GC：

1.SerialGC  ： -XX：+UseSerialGC   #old和Young区都是用Serial

2.ParallelGC： -XX：+UseParallelGC  

Young区使用Parallel scavenge回收算法

old区使用Parallel 回收算法，参数：-XX: UseParallelOldGC来控制

3.CMS： -XX：+UseConcMarkSweepGC

4.G1: -XX:+UseG1GC  #没有young/old区

五、类加载器子系统

1.类加载过程：

程序使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则JVM会通过加载、连接、初始化3个步骤来对该类进行初始化。如果没有意外，JVM将会连续完成3个步骤，所以有时也把这个3个步骤统称为类加载或类初始化。

 获取类的信息使他们分配到运行时区中，类加载器负责class文件的加载，至于它能否运行，由执行引擎决定，类加载子系统负责从文件或者网络中加载Class文件，Class文件打来有特定的文件标识

加载： 

加载指的是将类的class文件读入到内存，class文件本来是一个个二进制字节，把他们装到内存中去，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，并在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口，这个过程需要类加载器参与。

Java类加载器由JVM提供，是所有程序运行的基础，JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。除此之外，开发者可以通过继承ClassLoader基类来自定义自己的类加载器。

类加载器，可以从不同来源加载类的二进制数据，比如：本地Class文件、Jar包Class文件、网络Class文件等等等。

类加载的最终产物就是位于堆中的Class对象（注意不是目标类对象），该对象封装了类在方法区中的数据结构，并且向用户提供了访问方法区数据结构的接口，即Java反射的接口。

链接： 验证--->准备--->解析

当类被加载之后，系统为之生成一个对应的Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中（意思就是将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中）。类连接又可分为如下3个阶段。
验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题。主要验证是否符合Class文件格式规范，并且是否能被当前的虚拟机加载处理。

准备：正式为类变量（static变量）分配内存并设置类变量默认值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配

解析：虚拟机常量池的符号引用替换为字节引用过程

初始化：为类的静态变量赋予初始值

2.类加载器以及之间的关系

jvm中所有的class都是被类加载器加载到内存的，一个class文件被加载到内存中，内存中其实创建了两个内容，第一块内容确实是这个class文件被加载到内存中，第二块内容是生成了一个Class类的对象Class，Class类的对象指向这个 class文件内容。

启动类加载器，由C++实现，没有父类，加载 lib 下或被 -Xbootclasspath 路径下的类。
拓展类加载器(ExtClassLoader)，由Java语言实现，父类加载器为null，加载扩展jar包 lib/ext 或者由 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的类
系统类加载器(AppClassLoader)，由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader，加载classpath指定的内容
自定义类加载器，父类加载器为AppClassLoader。

3.双亲委派机制

java虚拟机对class文件采用按需加载，如果一个类加载器收到一个类加载请求，他会先委托给父类去加载，一步一步向上委托，直到启动类加载器，父类无法加载时子类才会尝试去加载
优点： 避免类的重复加载，保护程序的安全防止程序的api被加载。

Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。其次是考虑到安全因素，java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改。

4.沙箱安全机制

保证程序安全

保护Java原生JDK

Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox）。什么是沙箱？沙箱就是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将Java代码限制在JVM特定的运行范围中，防止对本地系统的破坏。

沙箱主要 限制系统资源的访问，系统资源包括CPU ，内存，文件系统，网络，不同级别的沙箱最这些资源的访问限制也不一样。

所有的Java运行环境都可以指定沙箱，可以指定沙箱策略。

六、Class文件格式（ClassFileFormat）

1.字节码文件的跨平台性

1.Java语言： 跨平台语言

当java源代码成功编译成字节码后，如果想在不同的平台上面运行，则无需再次编译，跨平台似乎已成为一门语言必选的特征

2.Java虚拟机：跨平台的语言

Java虚拟机不包括Java在内的任何语言绑定，他只和“Class”文件这种特定的二进制文件所关联，无论实用任何语言进行软件开发，只要是能将源文件编译成正确的Class文件，那么这种语言就可以在Java虚拟机上执行，可以说，统一额而强大的Class文件结构，就是Java虚拟机的即使和桥梁！

java语言每次在发布新版本时都会发布java规范和java虚拟机规范

3.如果想让Java虚拟机正确运行在JVM中，Java源码就必须编译成符合规范的字节码文件

Java的前端编译器的主要任务就是负责这个任务的

javac是一种能够将Java源码编译成字节码的前端编译器。

javac编译器编译经历四个步骤：词法解析，语法解析，语义解析，生成字节码

前端编译器并不是JVM中的一部分，在Hotspot 虚拟机中并没有强制要求只能使用javac编译器，处理javac之外，java虚拟机该有内置在Eclipse中的ECJ编译器，和javac全量式编译不同的是，ECJ使用的是增量式编译器。

前端编译器并不直接涉及到编译优化的技术，而是将具体的优化细节交给HotSpot的后盾编译器JIT编译器负责

2.虚拟机基石

字节码文件面是什么？

源代码经过前端编译器会生成字节码文件，字节码文件就是一种二进制的类文件，它的内容是JVM的指令，而不是像C/C++那样经过编译器直接生成机器码。

什么是字节指令？

Java虚拟机的指令是由一个字节长度，代表着某种特定操作含义的操作码，以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数的操作数所构成，虚拟机中许多指令并不包含操作数，是有一个操作码

如何解读字节码文件？

在idea中安装一个jclasslib插件就可以查看字节码文件

字节码文件结构

Class类的本质

任何class文件都对应着唯一的一个类或者接口的定义信息，但反过来说，Class文件实际上并不一定是一磁盘文件的形式存在，Class文件是一组以8位字节为基础的二进制流。

Class文件格式

class文件采用一种类似于c语言结构体的方式进行数据存储，这种结果中只有两种数据类型，符号和表。

无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来表示1个字节、2个字节、4个字节和8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成的字符串值。
表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的符合数据类型，所有表都习惯性地以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上就是一张表，它由下表所示的数据项构成。

 语法糖

所谓的语法糖  ，其实就是指 java 编译器把 *.java 源码编译为 *.class 字节码的过程中，自动生成和转换的一些代码，主要是为了减轻程序员的负担，算是 java 编译器给我们的一个额外福利。

1.自动拆装箱，这个功能是jdk5加入的，将基本数据类型装换成包装类型就是装箱，将包装类型转换成基本数据类型就是拆箱，这些操作都是编译器在编译期间生成字节码，里面就包含拆装箱代码。

2.默认构造

在java文件当中进行编写一个不提供构造方法，在进行编译的时候会自动加上一个默认无参构造方法。

3.泛型集合取值

泛型也是jdk5以后添加的特性，但是在java编译泛型代码后会执行泛型擦除的动作，即泛型信息在编译为字节码 文件之后就丢失了，实际上的类型都当做 Object来处理。简单来讲，就是泛型类型在编译成字节码文件后已经不区分是Intrger，String还是其他类型，统一当成是Object，泛型信息在这个时候丢掉了。

4.可变参数

也是jdk5引入的新特性，String ...args其实就是一个String [] args

5.foreach循环

还有一些重点不展开介绍

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总结

看完课程再写完博客后感觉对JVM的理解变深了很多，虽然这篇文章的深度不够，有错误多点评，后面会修正。