【JVM】内存区域划分，类加载的过程，.class文件的格式

一个java写的程序，跑起来就得到了一个java进程，而java进程＝JVM+上面运行的字节码指令

JVM是「java虚拟机」，负责解释执行java的指令

【JVM内存区域划分】

1.程序计数器（比较小的空间）

作用:保存了下一条要执行的指令的地址

这里“下一条要执行的指令”是Java的字节码（不是CPU的二进制机器语言）

2.堆

JVM上最大的空间，new出来的对象都在堆上

3.栈

栈中所保存的信息，有函数中的局部变量，函数的形参和函数之间的调用关系

4.元数据区

（以前这个地方也叫作“方法区”）

存放Java程序中的指令（最开始写的Java代码，都是在代码中创建一个一个类，然后给这些类编写一些属性和方法，这些方法被JavaC编译，得到了一些字节码指令），指令都包含在类的方法中

它保存了代码中涉及到的，类的相关信息以及类的static属性

在一个java进程中，元数据和堆只有一份，程序计数器和栈，则可能有多份（当一个Java进程中有多个线程时，每个线程都有自己的程序计数器和栈）

线程就代表一个“执行流”，每个线程就需要保存自己的“程序计数器”，每个线程也需要记录自己的调用关系

【栈帧】

如上文所述，栈是用来保存方法之间的调用关系的

举个例子，代码最开始执行时，调用了一个A方法，此时栈中就会产生一个「A方法的栈帧」，A方法的栈帧里面就会保存一些重要的信息（当前方法的入口地址，方法的形参，方法的局部变量，返回之后继续执行的地址等）

方法A在调用过程中，也许还会调用方法B，此时栈中就会产生一个「B方法的栈帧」，这里也会包含了B方法相关的信息，以此类推

当方法执行完毕后，栈帧会被销毁

当调用新的方法时，栈帧会被创建

因此这是根据代码的流程随时创建随时销毁的

【变量所处的区域】

变量a，b，c，d，e，f都属于哪个内存区域？

一个变量处于哪个内存区域，和变量是不是“内置类型”无关，而是和变量的形态有关

局部变量:栈

成员变量:堆

静态成员变量:元数据区（方法区）

因此:

堆:a，b

栈:e，f

元数据区:c，d

【JVM类加载的过程】

一个Java程序对应一个「.java文件」

javac编译后，可以得到一个「.class文件」

文件会处于硬盘上，在运行java进程时，JVM就需要读取.class中的内容，并且执行里面的指令，.class就是类加载，把类涉及到的字节码从硬盘读取到内存中（元数据区中）

读取完后，就会把这个.class中的指令实现为类对象

加载一个.class文件，也就会对应创建一个类对象，类对象中就包含了.class文件中的各种信息

比如:

类名是什么，类中有哪些属性，每个属性名字是什么 每个属性类型是什么，继承的父类是什么，实现的借口有哪些等等

基于类对象，就可以创建出该类的实例，类对象，其实就是“对象”的说明书/蓝本

【类加载的具体步骤（重点掌握）】

1.加载

把.class文件找到，在代码中先见到类的名字，然后进一步的找到对应的.class文件（涉及一系列目录查找的过程） ，然后打开并读取文件内容

2.验证

验证读到的.class文件的数据，是否正确与合法

在Java标准文档中，明确定义了.class文件的格式是怎么样的

3.准备

分配内存空间

最终需要得到一个类对象，而这需要内存来存放，因此需要分配内存空间，根据刚才读取到的内容，确定出类对象需要的内存空间，申请这样的内存空间，并且把内存空间中所有的内容，都初始化为0

Java中，创建一个内存空间，都会把这个内存空间 全部设为0，后续再进行进一步的初始化

4.解析

主要针对类中的字符串常量进行处理

Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用（初始化常量）

如图所示，在“”.class 文件”中，会有一个空间对应着“s”这个变量，也会有一个「常量池」区域用来存储“s”中“hello”这个字符串常量

也就是说，s变量中保存了“hello”字符串常量的地址

但是在文件中，并不存在“地址”这样的概念。谈到地址就是“内存”的地址，而文件（硬盘）中没有地址的概念

虽然没有地址，但是可以存储一个类似于地址的「偏移量」（从文件开头到“hello”的距离）这样的概念，用来变相描述这个数据的位置

5.初始化

针对类对象做最终的初始化操作，执行静态成员的赋值语句

如果当前加载的类还有父类且父类没有被加载过，那么也会对父类进行加载

【双亲委派模型】

是类加载五个步骤中，第一个步骤中里面的一个环节:给定类的全限定名，找到对应的class文件位置

类加载器JVM中，已经内置了一些类加载器，完成上述的“类加载”过程

JVM默认有三个类加载器:

1.BootstrapClassLoader（负责加载标准库中的类）

2.ExtensionClassLoader（负责加载扩展类）

3.ApplicationClassLoader（负责加载第三方库中的类/自己写的代码中的类）

而「双亲委派模型」是因为这三个类有这样的形象关系:

注意，这里不是Java父类子类这样的继承关系，而是类加载器中有一个parent这样的引用来指向父亲

【双亲委派模型的工作流程】

输入:类的全限定名（字符串），类似于java.lang.String

得到:找到对应的class文件

如果最后也没有找到，会抛出异常“ClassNotFoundException”

为什么这么搞？

防止用户自己写的类，把标准库的类给覆盖掉，保证标准库的类，被加载的类优先级是最高的，扩展库其次，第三方库的优先级最低

【.class文件的格式】

【u4】

4个字节的无符号整数，unsigned int

【u2】

2个字节的无符号整数，unsigned short

【magic】

魔幻数字，计算机圈子中约定俗成的做法，二进制文件中，会在开头的若干个字节，设置一个固定的常熟进去，通过这个常数，标识当前这个文件是什么样的文件

【minor_version和major_version】

确保编译时使用的JDK和运行时使用的JDK版本一致

（低版本JDK编译出的文件在高版本JDK中一般可以运行，但高版本在低版本上无法运行）

【access_flags——interface_count】

描述当前这个类涉及的父类信息和接口信息

【fields_count—末尾】

描述类中的属性和方法，以及额外的属性和方法