【JVM神秘大门】Java虚拟机原理的保姆式教学，零基础速成精英之路（上篇）

本篇会加入个人的所谓鱼式疯言

❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言

而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,

小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.

🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念！！！

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引言

当我们谈论 Java 时，JVM 原理就像是一扇神秘的大门，通向程序运行的深层世界。在这扇门后，隐藏着无数的奥秘和惊喜，等待着我们去探索。让我们一起推开这扇门，揭开 JVM 原理的神秘面纱吧！

一. 内存区域划分

1. 内存区域的引入

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让一个 Java程序 跑起来，就会 分配进程 ，我们知道进程是资源分配的基本单位。

在 JVM 中为了更好的 管理内存单元 ，于是就把内存分配成 一段一段的不同的区域 ，为了更好的方便管理和利用。

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如上图：

好比在小编的学校中要开发一个校区，就会把这个 校区用来执行不同的任务的区域 ：教室，行政楼，快递站，食堂等…

这样划分不同的区域不仅可以更好的工作，还方便学校的管理。

下面让我们看看JVM 内部的内存区域划分吧 💖 💖 💖 💖

2. JVM 内存区域划分

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如上图，在JVM 中主要划分为以下区域：

程序计数器 ：记录着需要执行的下一条指令，注意这里的 程序计数器 执行的 不是CPU的寄存器 ，而是一段 内存空间，执行的下一条指令是字节码 .class文件 。
栈: 分为两个不同的栈：
本地方法栈：处在 JVM内是一些由C++ 实现的函数， 存放着函数之间的调用关系。
虚拟机栈：处在 JVM外，是存放着Java代码之间的方法调用关系，局部变量。
堆：存放着主要用于存放类的方法，字符串常量, 成员变量 对象 的区域
元数据区（方法区） ：全局变量， 静态变量 ， 普通常量 ， 静态方法 ，函数之间的调用关系。

鱼式疯言

补充说明

对于JVM 而言，不是在操作系统内核上加载进程，而是在软件层面上自己实现一套和操作系统相似的读取指令，加载进程的方式, 处理细节可能不同，但是执行的思想大体上是相似的。

当Java创建进程后，堆和元数据区只有一份，因为进程系统分配的基本单位，但是在一个进程下可以创建多个线程，就会出现多个 程序计数器和 栈 , 分别服务 每一个线程 。

3. 题目测试

class Test {private int a;private Test b = new Test();private static Test d = new Test();public static void main(String[] args) {int e = 10;Test f = new Test();}
}

如上面的代码，问题：找出变量 a,,b,d,e,f 分别所处的内存区域。

在判断这些变量所处的内存不分为是不是内置类型，而是看他们所处于的位置和是否是 static 修饰。

像 a 和 b 处在 类的内部，方法的外部就处在 堆 。

像 d 是属于 static 修饰的，就属于静态方法，存放在 元数据区（方法区） 。

像 e f 处在 类的内部，并且处在方法的内部，这样的变量我们就处在 栈 。

鱼式疯言

综上所述 ：

成员变量和成员方法 的处在 堆 上
静态变量和静态方法 的处在 元数据区
方法内部的局部变量处在 栈 上

二. JVM 类加载的过程

在JVM 内部，程序是怎么运行的？他们在JVM 内部又会经历怎么样的过程呢？

大体上分为五步： 加载， 验证， 准备， 解析，初始化。

1. JVM 的加载流程

<1>. 加载

在JVM 中，先确定类名，然后根据类名去查找 字节码文件，涉及到一系列 目录查找的过程 ，找到 .class 文件之后就 打开并解析文件内容 。

<2>. 验证

打开.class 文件内容后，验证.class 的文件数据是否合法，是否正确。

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因为在 Java标准库 中，明确规定了 .class 文件 的格式是怎么样的~

<3>. 准备

给需要的 类对象分配内存空间（需要内存），根据刚才读到的内容，确定类对象需要的内存空间，分配好内存空间，并 ==把内存空间的所有内容都初始化为 0 == 。

class Test {static int a = 10;
}

如上图，准备过程就是确定a 的内存空间大小为 4 个字节，然后 给 a 分配4个字节的内存空间 ，并且初始化a为0 ，但是要注意一点的是，准备工作是还没有把 10 赋值给a 的（后面的过程才会出现赋值）。

<4>. 解析

主要是把常量字符串通过偏移量解析到文件中。

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在内存中一个存放常量的位置称为 地址，但在文件中我们就用偏移量的概念来表示。 偏移量就是相对于起始位置的距离，我们就称之为 偏移量。

如上图：

所以上图就是把内存中的 常量abc的 内存地址 解析到文件中的偏移量的过程。

举个栗子理解下解析的过程吧，假如小编的学校要进行春游。

然后在一次看电影的环节，辅导员叫我们按照学号排好位置来看电影。

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于是排好位置，我的偏移量就相对于起始位置小张就为3 ，当我们都坐下后，也就确定了每一个人 相对于起始位置的偏移量 ，从而确定自身的位置。

<5>. 初始化

针对类对象进行最终的 初始化操作 ，把所有的静态变量都进行 赋值。

鱼式疯言

补充说明

在执行 静态代码块 时，如果有父类就会对父类进行， 会对父类先进行加载。（按照父-> 子顺序加载）

三. 双亲委派模型

1. 双亲委派模型的引入

在类加载过程中有另一个重要的面试题：双亲委派模型

这是上述类加载过程五个步骤的 第一个步骤的其中一个环节 ，通过类的全限定名，找到 .class 文件 的位置。

在JVM 内部内置一些内加载器，完成 “类加载”的过程（JVM的功能模块）

其中就有三个默认的加载器：

BooystrapClassLoader ：负责加载标准库中的类（标准库中的类，有一个专门存放的位置）

ExtensionClassLoader ：负责加载一些扩展类（JVM 厂商希望对标准库的类做进一步的扩展）

ApplicationClassLoader : 负责加载一些第三方库的类和开发人员自己写的类。

上述三个加载器虽然没有继承关系，但是有parent 这样的引用会指向上一个类：

儿子： ApplicationClassLoader ->父亲： ExtensionClassLoader -> 爷爷： BooystrapClassLoader 这样的关系。

所以上面的三个加载器，并不能说是 双亲委派模型（英文翻译的），更应该说是单亲委派模型 / 父亲委派模型, 但是竟然这样翻译，我们就这样称呼吧。

2. 双亲委派模型的流程

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如上图

如果我们要寻找 java.lang.String 这个类。

首先从儿子出发，儿子这边不会先查找，而是先交给父亲，当交到父亲手上也不会先查找，而是再交给爷爷。

由爷爷先查找标准库中是否有 String 这个类，如果找到了就直接进行类加载的2,3, 4,5 的步骤。

如果 爷爷没找到就就会返回给父亲找 ，找到就和上面一个继续进行下面类加载的步骤，如果没有就交给儿子来寻找。

儿子也是如此，但是儿子如果没有找到就会抛出异常 ClassNotFoundException 这个异常，告诉开发人员这个类没有找到。

鱼式疯言

栗子理解 ：

好比像在公司平常的工作任务一样。

当小编一个小员工，接收到一个任务时，就需要 请示领导 该怎么样去做，然后领导

这边也要继续请示大领导。当大领导觉得这件事情很重要时，就会自己留下来处理。

当大领导觉得这件事不是那么重要，就会交回给我的领导去做，我的领导看了看觉得 没有那么重要的话，就会交给我去做，否则就会留下自己去做。

3. 双亲委派模型的优点

之所以想上面的流程一样，需要先不断向上传递优先查找，就是要保证优先级顺序： 标准库 》 扩展库 》 第三方库。

保证 标准库的优先级是最高的，其次是 扩展库，最后是第三方库。

这样做的好处就在于，可以保证 标准库的代码先执行到 ，以免因为第三方库自己写的代码和标准库重名，而造成 意想不到的BUG 出现 。

总结

JVM 内存区域划分: 对于JVM 内存主要划分为：程序计数器，栈，堆，元数据区（方法区），理解他们的不同区域的含义以及不同位置上的变量所处于区域划分。
JVM 类加载的过程：加载 ——》验证——》准备——》解析——》初始化，按照这样的流程来 加载 .class 文件 。
双亲委派模型： JVM 类加载五个步骤中的第一个步骤的一个环节，了解JVM 中默认的三个加载器， ApplicationClassLoader， ExtensionClassLoader， BooystrapClassLoader 分别对应着： 标准库， 扩展库， 第三方库。并且从双亲委派模型中确认优先级标准库》扩展库》第三方库，保证标准库优先被执行到，以免出现 BUG。