Java程序是如何运行的？
我们编写的是.java文件，需要通过javac编译生成.class文件，这样class文件才能被JVM识别。 我们经常看到的.jar文件实际上是.class文件的压缩包（减少文件数量，方便操作），加载到JVM后才能运行。
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从上面可以看出，JVM由以下几个部分组成
- 类加载、执行引擎、运行数据区以及垃圾回收器
。
运行数据区
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运行时数据区主要可以分为5个区域
1 方法区（Area）
方法区由两部分组成
- 永久代（Permanent Generation）
存放类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数、运行时常量池（Pool）等，以及编译后的代码（JIT）的代码缓存。 虽然JVM规范将方法区描述为堆的逻辑部分，但它有一个别名non-heap（非堆），所以不要混淆它。
（永久代） - -XX：设置上限，-XX：设置最小值示例：VM Args：-XX:=10M -XX:=10M。 如果空间不足，就会引发 java.lang.: space 异常。
从JAVA8开始，持久代被完全删除，并被另一个内存区域（也称为元空间）取代。 它是本地堆内存的一部分。 可以通过-XX:和-XX:来调整。 当达到XX:指定的阈值时，就会开始清理该区域。 如果本地空间中的内存耗尽，则会收到 java .lang.: for space 的错误消息。
代码缓存 - 该缓存区域用于存储编译后的代码。 编译后的代码是本机代码（与硬件相关），由JIT（Just In Time）编译器生成，这是JVM特有的。
2 java堆（Heap）
java实例或对象存储的地方。 这是GC的主要区域。 堆的大小可以通过 JVM 选项 -Xms 和 -Xmx 进行调整。 当堆耗尽时，JVM会抛出java.lang。 例外。 从存储的内容我们很容易知道方法区和堆是所有java线程共享的。
堆分为：
3 java栈（Stack）
java 堆栈始终与线程相关联。 每当创建一个线程时，JVM就会为该线程创建一个对应的java栈。 在这个java堆栈中，将包含多个堆栈帧。 每次运行方法时，都会创建一个堆栈帧来存储局部变量表、操作堆栈和方法返回值。 每个方法从调用到执行完成的过程对应着一个栈帧被压入java栈到出栈的过程。 所以java栈是线程私有的。
4 程序计数器（PC）
用于保存当前线程执行的内存地址。 由于JVM程序是由多个线程执行的（线程轮流切换），为了保证线程切换回来后能够恢复到原来的状态，需要有一个独立的计数器来记录之前被中断的地方。 可见程序计数器也是线程私有的。
5 原生方法栈（Stack）
它与java栈的功能类似，但它服务于JVM使用的方法。 原生方法栈的参数顺序和返回值与典型的C程序相同。
6 原生方法接口
主要调用C或C++实现的本地方法并返回结果。
7 直接存储器
直接内存不是虚拟机运行时数据区域的一部分。
在NIO中，引入了一种基于通道和缓冲区的I/O方法，可以使用函数直接分配堆外内存，然后通过java堆中存储的一个对象作为对这块内存的引用进行操作。 -XX：设置最大值，默认与java堆的最大值相同。
类加载
JVM将类加载分为3步：
链接（link）分为3步，如下图：
图片.png
负载（负载）
查找并加载类二进制数据（查找并导入Class文件）
加载是类加载过程的第一个阶段。 在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事：
1) 通过类的全限定名获取类定义的二进制字节流。
2）将此字节流表示的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构。
3）在Java堆中生成一个代表该类的java.lang.Class对象，作为方法区数据的访问入口。
与类加载的其他阶段相比，加载阶段（准确地说是加载阶段获取类的二进制字节流的动作）是最可控的阶段，因为开发者可以使用系统提供的类加载器来完成加载，也可以自定义自己的类加载器来完成加载。
加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流按照虚拟机要求的格式存储在方法区中，同时在Java堆中也创建了一个类java.lang.Class的对象，所以Java 程序员可以提供访问方法区中数据结构的接口。
那么class文件加载的原理是什么呢？ 需要满足双亲委派原则，通过类加载器来加载。 类加载器分为以下几种类型：
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在加载过程中，会首先检查类是否已经加载。 检查的顺序是从下到上、从上到下逐层检查。 只要加载了某个类，就认为已加载，并且保证所有此类类都被加载一次。 加载的顺序是自上而下的，即上层尝试逐层加载该类。
链接（分3步） 1）验证：确保加载的类的正确性
验证是连接阶段的第一步。 该阶段的目的是保证Class文件字节流中包含的信息满足当前虚拟机的要求，不会危及虚拟机本身的安全。 在验证阶段，大致会完成四个阶段的检查动作：
文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范； 例如：是否以 开头，主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围内，常量池中的常量是否有不支持的类型。
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注：对比javac编译阶段的语义分析），确保其描述的信息符合Java语言规范的要求； 例如：这个类是否在.lang之外有除java之外的父类。
字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义合法、逻辑正确。
符号引用验证：确保解析动作能够正确执行。
验证阶段非常重要，但不是必需的。 它对程序运行时间没有影响。 如果引用的类已经被反复验证，可以考虑使用--参数关闭大部分类验证措施，以缩短虚拟机类加载时间。 时间。
2）准备工作：为类的静态变量分配内存并初始化为默认值
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存将在方法区中分配。 此阶段需要记住以下几点：
假设一个类变量定义为：int value = 3; 那么准备阶段之后变量值的初始值为0，而不是3，因为还没有执行过任何Java方法，而给3赋值的指令是在程序编译后存储在类构造函数中的()方法，所以给3赋值的动作会在初始化阶段执行。
3）解析：将类中的符号引用转换为直接引用
解析阶段是虚拟机用直接引用替换常量池中的符号引用的过程。 解析动作主要针对7类符号引用：类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄、调用限定符。 符号引用是描述目标的一组符号，可以是任何文字。
直接引用是直接指向目标的指针、相对偏移量或间接定位目标的句柄。
初始化
对类的静态变量和静态代码块进行初始化操作
初始化为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责类的初始化，主要针对类变量。 Java中初始化类变量有两种方法：
