1.一段java程序是如何運行起來的呢？

Java源文件，通過編譯器，產(chǎn)生.Class字節(jié)碼文件，字節(jié)碼文件通過Java虛擬機中的解釋器，編譯成特定及其上的機器碼，那Java虛擬機又是怎樣加載java程序并執(zhí)行起來的呢？

簡單來說：通過類加載器加載字節(jié)碼文件，被分配到JVM的運行時數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)碼會被執(zhí)行引擎執(zhí)行。

（1）類加載器，加載.class文件

（2）運行數(shù)據(jù)區(qū)：棧區(qū)、堆區(qū)、PC寄存器、本地方法棧、方法區(qū)

（3）執(zhí)行引擎：執(zhí)行包在裝載類方法中的指令

2. 類加載器

類的加載是指將類的.class文件讀入內(nèi)存，將其放在方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并向java程序員提供訪問方法區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。類加載器并不需要等到某個類被首次主動使用時再加載它，JVM允許類加載器在預(yù)料某個類將要被使用時就預(yù)先加載它。

類的生命周期

類加載過程包括：加載、驗證、準備、解析、初始化

（1）加載：查找并加載類的二進制數(shù)據(jù)。

a. 通過一個類的全限定名來獲取其定義的二進制字節(jié)流

b. 將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

c. 在Java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口

（2）連接：

a. 驗證：確保被加載類的正確性

b. 準備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認值

c. 解析：把類中的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用

（3）初始化：為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值

類加載器

啟動類加載器：BootstrapClassLoader，負責加載存放在JDK\jre\lib或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機識別的類庫。

擴展類加載器：ExtensionClassLoader，負責加載DK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫。

引用程序類加載器：ApplicationClassLoader，負責加載用戶路徑ClassPath所指定的類

JVM類加載機制

全盤負責：當一個類加載器負責加載某個Class時，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負責載入，除非顯示使用另外一個類加載器來載入

父類委托：先讓父類加載器駛?cè)爰虞d該類，只有在父類加載器無法加載該類時才嘗試從自己的類路徑中加載該類

緩存機制：保證所有加載過的類都會被緩存，當需要使用某個類時，先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在該類時，才會去加載此類。

雙親委派機制

意義：系統(tǒng)類防止內(nèi)存出出現(xiàn)多分同樣的字節(jié)碼；保證Java程序安全穩(wěn)定運行

（1）當AppClassLoader去加載一個class時，它首先不會自己去加載這個類，而是把類加載請求委派給父類加載器ExtClassLoader去完成。

（2）當ExtClassLoader去加載一個class時，它首先也不會自己去加載這個類，而是把類加載請求委派給BootStrapClassLoader去完成。

（3）如果BootStrapClassLoader加載失敗，會使用ExtClassLoader來嘗試加載。

（4）如果ExtClassLoader加載失敗，會使用AppClassLoader來加載

（5）如果AppClassLoader也加載失敗，則會爆出異常ClassNotFoundException

3. 運行數(shù)據(jù)區(qū)

（1）虛擬機棧：每個線程有一個私有的棧，隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建。棧里面存著一種叫“棧幀”的東東，每個方法會創(chuàng)建一個棧幀，棧幀中存放局部變量表（基本數(shù)據(jù)類型和對象飲用）、操作數(shù)棧、方法出口等信息，棧的大小可以固定也可以擴展，當棧調(diào)用深度大于JVM所允許的范圍，會拋出StackOverFlowError。

（2）本地方法棧：主要與虛擬機用到的native方法相關(guān)，java程序員不太關(guān)心。

（3）PC寄存器：也叫程序計數(shù)器。JVM支持多線程運行，每個線程都有自己的程序計數(shù)器。若當前執(zhí)行的是JVM的方法，則該寄存器中保存當前執(zhí)行指令的地址，若執(zhí)行native方法，則為空。

（4）堆：堆內(nèi)存是JVM所有線程共享的部分，虛擬機啟動時就已經(jīng)創(chuàng)建。所有對象和數(shù)組都在堆上進行分配。這部分空間可通過GC進行回收，當申請不到空間時會拋出OutOfMemoryError。

（5）方法區(qū)：所有線程共享。主要用于存儲類的信息，常量池，方法數(shù)據(jù)，方法代碼等。

4. 執(zhí)行引擎

方法調(diào)用會導(dǎo)致棧幀的入棧，會確定調(diào)用哪一個方法。

（1）棧幀。程序的執(zhí)行對應(yīng)著棧幀的入棧和出棧，棧幀主要包括：局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接、方法返回地址等。

（2）方法調(diào)用。

解析調(diào)用：類加載的解析階段，會將其中一部分符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用，這種解析的前提是方法在程序真正運行之前就有一個可確定的調(diào)用版本。編譯期可確定調(diào)用方法的版本：靜態(tài)方法、私有方法、實例構(gòu)造器、父類方法。
分派調(diào)用：

a. 靜態(tài)分派：發(fā)生在編譯階段。所有依賴于靜態(tài)類型來定位方法執(zhí)行版本的分派動作成為靜態(tài)分派，典型方法是重載。javac編譯器根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定使用哪個重載版本。

b. 動態(tài)分派：運行期根據(jù)實際類型確定方法執(zhí)行版本。與方法重寫有密切關(guān)系。

c. 單分派和多分派：單分派是根據(jù)一個宗量對目標方法進行選擇，多分派是根據(jù)多于一個宗量對目標方法進行選擇。

（3）執(zhí)行引擎需將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成可以直接被JVM執(zhí)行的語言，可通過以下兩種方式轉(zhuǎn)換：

a. 解釋器：一條一條的讀取，解釋并且執(zhí)行字節(jié)碼指令

b. 即時編譯器：執(zhí)行引擎首先按照解釋執(zhí)行的方式來執(zhí)行，在合適的時候，即時編譯器把整段字節(jié)碼編譯成本地代碼。內(nèi)置了JIT編譯器的JVM都會檢查方法的執(zhí)行頻率，如果一個方法的執(zhí)行頻率超過一個特定的值的話，那么這個方法就會被編譯成本地代碼。

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