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Java跨平臺執行

我們都知道Java語言一次編譯到處執行，可以在windows上執行也可以在Liunx上執行，屬於跨平臺語言，Java其實就是依賴JVM實現的跨平臺性，但是我們的JVM本身是不存在跨平臺的。

通過Javac.exe編譯.java原始碼檔案生成.class檔案，然後再通過類載入器，將class檔案載入到JVM中，交由JVM執行，最後輸出結果。

我們來記一張簡潔的執行圖：

JVM的組成

JVM由4大部分組成：ClassLoader（類載入器），Runtime Data Area（執行時資料區域），Execution Engine（執行引擎），Native Interface（本地介面）。

ClassLoader： 負責載入位元組碼檔案，即是java編譯後的.class檔案。
Runtime Date Area： 存放.class檔案和分配記憶體。
Native Interface： 負責呼叫本地介面，即是呼叫不同的語言介面給java使用。
Execution Engine： 當.class位元組碼檔案被載入後，會把指令和資料資訊存放在記憶體中，此時執行引擎負責把這些命令解釋給作業系統。

類載入器

1 類載入器的過程

載入：將位元組碼檔案載入到記憶體
校驗：檢驗位元組碼檔案的正確性
準備：給類的靜態變數分配記憶體，並賦予預設值
解析：類裝載器裝入類所引用的其他物件
初始化：對類的靜態變數初始化為指定值，執行靜態程式碼塊

2 類載入的種類

啟動類載入器：負責載入JRE的核心類庫
擴充套件類載入器：負責載入JRE擴充套件的ext中的JAR類包
系統類載入器：負責載入ClassPath路徑下的類包
使用者自定義載入器：負責載入使用者自定義路徑下的類包

3 類載入機制

全盤負責委託機制：當類載入器載入一個類時，除非顯示的是另一個載入器，該類鎖依賴的和應用的類也由這個類載入器載入
雙親委派機制：當一個類載入器收到了類載入的請求的時候，他不會直接去載入目標類，首先委派父類載入器去尋找目標類，只有父載入器無法載入這個類的時候,才會在自己路徑中查詢並載入目標類。

Java虛擬機器採用的是雙親委派模式，雙親委派機制的優勢：避免類的重複載入，保護程式安全，防止核心API被隨意篡改

執行時資料區域

執行時資料區域總共分為五部分：分別是Java虛擬機器棧、本地方法棧、程式計數器、堆、方法區。

方法區： 負責儲存.class檔案，並且這塊有一個執行常量池，就是儲存一些變數或者常量資訊的。

堆：分配記憶體給物件，比如我們new的物件，就存在堆裡面。

java虛擬機器棧： 也可稱為執行緒棧，每個執行緒獨享的記憶體空間。

本地方法棧： 本地native方法獨享的記憶體空間。

程式計數器： 記錄執行緒執行的位置，方便執行緒切換後再次執行。

Java虛擬機器棧

比如我們的main方法，呼叫sum函式，執行一個和的運算，此時我們的Java虛擬機器棧就會為期分配棧幀記憶體區域。

````java public class MainDemo {

// 一個方法對應一塊棧幀記憶體區域
public static Integer sum() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    return a + b;
}

// main方法也對應一塊棧幀記憶體區域
public static void main(String[] args) {
    Integer sum = sum();
    System.out.println(sum);
}

} ```` 首先我們來看一下他的執行順序是怎樣的？首先是先呼叫main函式，隨後再去呼叫sum函式，sum運算結束之後，再銷燬棧記憶體，其次再返回到main函式，等到main結束之後，再銷燬main的棧記憶體空間，這個過程main先執行了，卻是最後退出，即棧幀內部的資料結構即是先進後出（FILO）。

我們將上面的demo進行反彙編，翻譯成JVM虛擬機器的彙編程式碼：

java javap -c MainDemo.class > MainDemo.txt

然後我們開啟MainDemo.txt檔案，裡面就是一堆的JVM執行的彙編程式碼。

````java Compiled from "MainDemo.java" public class com.dt.thread.java.MainDemo { public com.dt.thread.java.MainDemo(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V 4: return

public static java.lang.Integer sum(); Code: 0: iconst_1 1: istore_0 2: iconst_2 3: istore_1 4: iload_0 5: iload_1 6: iadd 7: invokestatic #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 10: areturn

public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: invokestatic #3 // Method sum:()Ljava/lang/Integer; 3: astore_1 4: getstatic #4 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 7: aload_1 8: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V 11: return } ```` 這一堆的程式碼，怎麼來解讀呢？其實Oracle官方有專門的指令碼文件來解讀。這裡我們就來簡單來解讀一下

iconst_1 將int型別常量1壓入棧

istore_0 將int型別值存入區域性變數0

iconst_2 將int型別常量2壓入棧

istore_1 將int型別值存入區域性變數1

iload_0 從區域性變數0中裝載int型別值

iload_1 從區域性變數1中裝載int型別值

iadd 執行int型別的加法

invokestatic 呼叫類（靜態）方法

areturn 從方法中返回引用型別的資料

我們棧幀內部存放的是一些區域性變數，運算元棧，動態連結串列，方法出口。

這裡當我們的棧中的區域性變數是物件的時候，那麼此時我們儲存的是堆記憶體空間中物件的地址。

堆

Java虛擬機器啟動時建立，用於存放物件例項，幾乎所有的物件包括常量池都在堆上分配記憶體，當物件無法在記憶體申請記憶體時，就會丟擲OOM（OutOfMemoryError）異常。

所有的類都是在Eden Space（伊甸區）new出來的，當伊甸區空間用完了，程式又需要建立物件，JVM的垃圾回收器將對伊甸區進行垃圾回收（Minor GC）,將伊甸區中不再被其它物件所引用的物件銷燬，然後被引用的剩餘物件移到倖存者0區，當0區空間不夠用，再次進行GC，然後移動到1區，如果1區也滿了，將會轉移到0區，倖存者0區和1區中反覆存在，經過多次GC，超過15次的存活物件，最後將會進入到老年區，如果老年區記憶體空間也滿了，將會產生MajorGC，進行老年區的記憶體清理，如果老年代執行了MajorGC之後，任然無法進行物件的儲存，也會產生OOM（OutOfMemoryError）異常。

總結

GC是垃圾回收機制，java中申請的記憶體可以被垃圾回收裝置進行回收，GC可以一定程度的避免記憶體洩漏，但是會引入一些額外的開銷。 GC中主要回收的是堆和方法區中的記憶體，棧中記憶體的釋放要等到執行緒結束或者是棧幀被銷燬，而程式計數器中儲存的是地址不需要進行釋放。

【面試】JVM記憶體結構