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JVM運(yùn)行原理是怎么樣的呢？
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Java虛擬機(jī)(JVM,Java Virtual Machine)是一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，它為Java程序提供了一個(gè)平臺(tái)，使得Java程序可以在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，JVM運(yùn)行原理主要包括類加載、字節(jié)碼執(zhí)行和垃圾回收三個(gè)部分，下面我們將詳細(xì)介紹這三部分的內(nèi)容。
類加載
1、1 類加載的概念
類加載是JVM將Java源代碼編譯成字節(jié)碼文件的過(guò)程，在Java程序中，當(dāng)我們使用關(guān)鍵字class或者new時(shí)，JVM會(huì)自動(dòng)進(jìn)行類加載，類加載的主要目的是將類的字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中，以便后續(xù)的操作(如方法調(diào)用、字段訪問(wèn)等)。
1、2 類加載的三種方式
根據(jù)類加載的時(shí)機(jī)不同，可以將類加載分為三種方式：引導(dǎo)類加載、靜態(tài)類加載和動(dòng)態(tài)類加載。
(1)引導(dǎo)類加載(Bootstrap Class Loader):也稱為啟動(dòng)類加載器，是JVM啟動(dòng)時(shí)首先執(zhí)行的類加載器，引導(dǎo)類加載器負(fù)責(zé)加載Java核心庫(kù)中的類，如java.lang.*包中的類，引導(dǎo)類加載器可以手動(dòng)加載類，也可以通過(guò)Java命令行參數(shù)指定要加載的類。
(2)靜態(tài)類加載(Static Class Loader):也稱為擴(kuò)展類加載器，負(fù)責(zé)加載Java應(yīng)用程序的類，當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)名為APPClassLoader的類加載器，該類加載器負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序中的類，通常情況下，應(yīng)用程序不需要關(guān)心靜態(tài)類加載器的細(xì)節(jié)。
(3)動(dòng)態(tài)類加載(Dynamic Class Loader):也稱為子類加載器，負(fù)責(zé)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載類，當(dāng)我們使用Class.forName()方法或者ClassLoader.loadClass()方法加載類時(shí)，實(shí)際上就是觸發(fā)了動(dòng)態(tài)類加載，動(dòng)態(tài)類加載的方式有很多，如URLClassLoader、FileClassLoader等。
字節(jié)碼執(zhí)行
2、1 字節(jié)碼的概念
字節(jié)碼(Bytecode)是一種介于機(jī)器碼和高級(jí)語(yǔ)言之間的中間代碼，在Java程序中，源代碼會(huì)被編譯成字節(jié)碼文件(.class文件),然后由JVM執(zhí)行，字節(jié)碼具有平臺(tái)無(wú)關(guān)性、高效性和安全性等特點(diǎn)。
2、2 Java字節(jié)碼的結(jié)構(gòu)
Java字節(jié)碼主要包括以下幾個(gè)部分：
操作數(shù)棧：用于存儲(chǔ)操作數(shù)的棧結(jié)構(gòu)。
操作數(shù)棧幀：每個(gè)操作數(shù)棧幀包含了局部變量表、操作數(shù)棧、常量池等信息。
堆棧：用于存儲(chǔ)方法返回值或局部變量的棧結(jié)構(gòu)。
常量池：存儲(chǔ)編譯時(shí)期生成的常量和符號(hào)引用。
指令集：包含了一系列的基本操作指令，如LOAD、STORE、ADD、SUB等。
異常處理塊：用于處理異常的方法入口和出口。
2、3 Java虛擬機(jī)規(guī)范(JVM Specification)
Java虛擬機(jī)規(guī)范定義了字節(jié)碼的結(jié)構(gòu)和指令集，以及各個(gè)組成部分之間的關(guān)系，在實(shí)際的JVM實(shí)現(xiàn)中，可能會(huì)有一些差異，但基本的架構(gòu)和規(guī)范是相同的。
垃圾回收
3、1 垃圾回收的概念
垃圾回收(Garbage Collection,GC)是JVM自動(dòng)管理內(nèi)存的一種機(jī)制，當(dāng)對(duì)象不再被引用時(shí)，垃圾回收器會(huì)自動(dòng)回收這些無(wú)用的對(duì)象所占用的內(nèi)存空間，以便其他對(duì)象可以使用這部分內(nèi)存資源，這樣可以避免內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出等問(wèn)題。
3、2 垃圾回收算法
目前主流的垃圾回收算法有以下幾種：
分代收集算法：將內(nèi)存劃分為新生代和老年代，新創(chuàng)建的對(duì)象分配在新生代，經(jīng)過(guò)多次回收仍然存活的對(duì)象會(huì)被提升到老年代，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少全局回收的次數(shù)，提高回收效率；缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片化問(wèn)題，常見的分代收集算法有Serial、Parallel、CMS等。
標(biāo)記-清除算法：遍歷所有可達(dá)對(duì)象，并將其標(biāo)記為可達(dá)或不可達(dá)；然后清除不可達(dá)對(duì)象所占用的內(nèi)存空間，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單且高效；缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片化問(wèn)題。
復(fù)制算法：將內(nèi)存劃分為兩個(gè)相等的部分，每次只使用其中的一半；當(dāng)其中一部分被回收時(shí)，將另一部分的內(nèi)容復(fù)制到已使用的那一半中，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)內(nèi)存布局沒(méi)有要求，適合處理浮動(dòng)垃圾回收問(wèn)題；缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片化問(wèn)題和性能下降，常見的復(fù)制算法有Copying、Mark and Sweep等。
標(biāo)記-整理算法：先標(biāo)記所有可達(dá)對(duì)象，然后將所有存活的對(duì)象向一端移動(dòng)，最后清除邊界以外的內(nèi)存空間，這種算法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)內(nèi)存布局沒(méi)有要求，適合處理浮動(dòng)垃圾回收問(wèn)題；缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片化問(wèn)題和性能下降，常見的標(biāo)記-整理算法有Compacting等。
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