【JVM基础01】——介绍-初识JVM运行流程

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1- 引言：初识JVM

1-1 JVM是什么？(What)

1-1-1 概念

• Java Virtual Machine ：JAVA运行时环境（java 二进制字节码的运行环境）
• Java 的二进制字节码的运行环境。我们都知道 Java 代码想要运行的话，就必须得先经过编译，之后编译成 .class 文件才能运行，JVM就是 .class 二进制字节码的运行环境。

1-1-2 优点

1. 一次编译，到处执行

• JVM实现一次编译，到处运行的原理是通过屏蔽操作系统的差异来实现的。具体来说，Java代码编译成二进制字节码后，这些字节码在不同操作系统上的JVM中都可以运行。
• JVM作为一个软件层，运行在操作系统上，无论是 Windows 还是 Linux，真正运行 Java 代码的是JVM 而不是操作系统。因此，JVM 使得 Java 能够跨平台执行，实现了“一次编写，到处运行”。

2. 自动内存管理，垃圾回收机制

• JVM的第二个优点是自动内存管理和垃圾回收机制。与C语言需要程序员手动管理内存不同，Java虚拟机通过自动垃圾回收功能，大大减轻了程序员的负担，减少了内存泄漏的风险，从而提高了程序的稳定性和开发效率。

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1-2 为什么学习JVM?(Why)

• 学习 JVM 以便我们能够 深入理解Java，一旦掌握了 JVM，也就知道了 Java 的运行机制，特别对于排查问题的能力将会有大幅度提升。
  • ① 了解 JAVA 运行机制
  • ② 提升排查问题的能力（内存泄漏、CPU飙升等）

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2- 核心：JVM工作的原理（How）

⭐2-1 JVM 的组成部分及工作流程

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1. Java源代码到类加载子系统

⭐作用: 将Java源代码转化为JVM能够理解和执行的格式，并将这些格式正确加载到JVM中。

• Java Source (Java源代码)：编写的 Java 源代码文件，通常以 .java 为扩展名。
• Java Class (Java类文件)：通过Java编译器（javac）将Java源代码编译成字节码文件，通常以 .class 为扩展名。
• 类加载子系统：负责将编译后的 .class 文件加载到 JVM 中，进行加载、验证、准备、解析和初始化。类加载子系统的作用是将 .class 文件转换为 JVM 可以执行的内部表示，并将其放入运行时数据区。

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2. 运行时数据区

⭐作用: 运行时数据区是JVM在执行Java程序时所需的内存区域，包含了程序执行过程中所需的数据和信息。

• Method Area/MetaSpace (方法区/元空间)：存储类结构信息，如运行时常量池、字段和方法数据、方法和构造函数的字节码内容。
• Heap (堆)：用于存储对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域。
• PC Register (程序计数器)：记录当前线程正在执行的字节码指令地址。
• JVM Stacks (虚拟机栈)：每个线程私有，用于存储局部变量、操作数栈、动态链接和方法调用等信息。
• Native Method Stack (本地方法栈)：每个线程私有，用于存储本地方法调用的信息。

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3. 执行引擎

⭐作用: 执行引擎负责将字节码转换为机器码并执行，确保Java程序高效运行，并通过垃圾回收机制管理内存。

• Interpreter (解释器)：逐行解释执行字节码指令，将每条字节码指令翻译成相应的机器码并执行。
• JIT Compiler (即时编译器)：将热点代码（频繁执行的代码段）编译成机器码，提高执行效率。
• GC (垃圾回收)：负责自动回收不再使用的对象，释放内存空间，防止内存泄漏。

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4. 本地方法接口和本地库

⭐作用： 本地方法接口和本地库使Java程序能够调用和执行平台相关的功能和库，扩展了Java的能力，使其可以与底层系统进行交互。

• 本地方法接口 (JNI)：允许Java代码调用本地（通常是 C 或 C++）代码，提供与操作系统或其他底层库的接口。
• 本地库 (Native Libraries)：提供本地方法实现的库文件，通常以动态链接库（如.dll、.so）的形式存在。

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2-2 学习侧重点

• 对于 JVM 组成：主要关注 JVM 的运行时数据区。
• 类加载器：类加载子系统中的类加载器
• 垃圾回收：运行时数据区堆中对象的回收
• JVM实践

3- 小结(知识点大纲)：

3-1 JVM 组成

3-2 类加载器

3-3 垃圾回收

3-4 JVM实践