我們一起聊聊JVM是如何執行Java程序的
前言
如果你對JVM一知半解，如果你想了解JVM的工作流程，如果你知道一些JVM面試題卻無法將知識點串聯起來，那么這篇文章非常適合你。
從面試題說起
這些面試題Javaer們應該都很熟悉，但是你知道這些面試題的背后嗎？
- 你知道類加載機制嗎？
- 什么是雙親委派機制？
- 介紹一下JVM內存區域劃分
- 堆為什么要分代設計？
- 什么是內存的擔保機制？
- 為什么Eden：S0：S1 比例是8：1：1？
- 描述一下對象內存分配過程
- 如何判斷對象已死？
- 講一講內存模型？
- 常用的JVM調優參數有哪些？
- 常用的垃圾回收算法有哪些？
- 常用的垃圾收集器有哪些？
- ......
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如果你總是背了又忘，忘了又背，歸根結底，還是對JVM沒有一個系統的認識。
那么希望通過這篇文章，可以為你構建一個連貫的JVM框架。
JVM做了哪些事？
眾所周知，高級編程語言編寫的程序，最終要轉化為機器碼，才可以在計算機上運行。
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“翻譯”的工作
我們在編寫完一段Java代碼后，如果想要運行它，需要通過Java編譯器，將其編譯為JVM認識的字節碼文件。
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然后執行Java命令，這段代碼就會通過JVM運行。
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不僅僅“翻譯”
在這個過程中，JVM就充當了轉換的角色，負責將字節碼，翻譯成對應平臺上的機器指令。這樣的話，Java程序就可以在任何安裝了JVM的平臺上運行。這就是Java語言一次編寫到處運行的跨平臺特性。
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翻譯字節碼的工作，是由JVM的執行引擎完成。
在將字節碼翻譯為機器指令之前，JVM還有一個非常重要的工作，那就是將字節碼文件中的二進制數據準確的加載到JVM中。這個工作是由JVM的類加載系統完成，
另外，為了在運行時方便管理內存，JVM定義了一個專門的區域，也就是大名鼎鼎的運行時數據區。
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所以，類加載系統、運行時數據區、執行引擎，就構成了JVM平臺。
接下來，看一下它們是如何工作的。
在這之前，要對字節碼現有一個認識，畢竟它貫穿了Java代碼運行的整個流程。
Java虛擬機對Java編程語言一無所知，只知道一種特定的二進制格式，即類文件格式。類文件包含Java虛擬機指令（或字節碼）和符號表，以及其他輔助信息。
JVM 各部件如何協同工作？
類加載器先工作
類加載系統目的很明確，就是將字節碼文件中的二進制數據準確地加載到JVM，從Class文件加載到內存 & 對數據進行校驗、轉換解析和初始化，最終形成可被虛擬機直接使用的Java使用類型
執行Java命令后，Java虛擬機啟動，類加載系統就開始工作了。
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類加載系統首先會讀取指定的類文件，并遵循雙親委派機制進行加載。
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然后將文件中的常量池、字段、方法和指令等數據加載到JVM內存的共享區域方法區中。
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然后對其進行驗證，目的是為了確保類的正確性。比如版本號為52或更高時，不應該存在這個版本不支持的指令。
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或者標識類文件的魔術數字是不是cafebabe，這些完整性的檢查和約束都是非常有必要，就像我們自己開發的應用，也不可能隨便讓別人訪問一樣。
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驗證完成后，在方法區為類的靜態變量分配內存并設置默認值。
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緊接著，將常量池中表示對象的符號引用，指向到實際的內存地址，也就是直接引用。
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什么是符號引用呢？
符號引用是常量池中的類、方法、字段等指向的目標在字節碼文件中的靜態表示，當JVM運行時，需要將目標的靜態表示轉換成實際的內存指針，也就是直接引用。在這個例子中，如果JVM需要加載Object這個類，它會查找常量池中的#3（Class類型，指向#27），然后解析#27中的字符串java/lang/Object/為實際的類文件路徑，并加載這個類。
最后執行靜態代碼塊，為靜態變量設置初始值，類加載工作就算完成了。
整個加載過程就是面試被經常問到的類加載機制。
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那么問題來了：靜態變量為什么要先設置默認值，再設置初始值，知道的評論區留言。
執行引擎開始工作
執行引擎工作模式
靜態代碼塊被執行時，執行引擎就會處理這些指令。執行引擎有兩種工作模式：
- 解釋執行
- 即時編譯
解釋執行就是每次執行都會逐行解釋字節碼指令
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即時編譯是將熱點代碼，編譯成當前平臺的機器碼，并緩存下次就可以直接執行機器碼，這樣就可以提高執行效率。
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JVM通常采用解釋器與即時編譯器并存的混合模式。在程序啟動時，解釋器可以立即發揮作用，省去編譯時間；隨著程序運行時間的推移，JIT編譯器逐漸發揮作用，將越來越多的熱點代碼編譯為本地機器碼，以提高執行效率。
Main方法什么時候被執行？
靜態代碼塊執行完成后，JVM會繼續調用main方法。如果執行Java命令的字節碼文件中沒有main方法，JVM就會報錯，這個是JVM規范。
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運行時數據區域開始工作
執行引擎工作期間，會和運行時數據區域有大量的交互。
線程私有的空間
調用main方法時，會創建一個線程并在運行時數據區中分配線程私有的空間：棧幀以及程序計數器。
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程序計數器初始時會指向第一條指令， 然后隨著指令的執行而遞增。
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執行靜態變量賦值的指令時，會把整數推送到棧幀中的操作數棧，隨后賦值給靜態變量。
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在執行創建一個Object實例的指令時，如果Object Class未被加載，類加載器會啟動加載過程。然后在堆中分配一塊內存并初始化實例。
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大名鼎鼎的堆內存
分配內存這個過程，就涉及到“堆內存分代設計”、“對象內存分配過程”、“內存分配方式”等知識點了。
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如果對象過多導致空間不足，JVM就會通過垃圾回收來釋放一些空間。“如何確定對象是垃圾”、“使用哪個垃圾回收器”、“用了什么回收算法”就需要我們去了解。
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實例初始化后，會將對象的引用存儲到局部變量表中。這樣的話，線程就可以通過引用訪問到該對象。
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就這么一直工作
后續的代碼會延續這個流程，該加載類的加載類、該翻譯指令的翻譯、該分配內存的分配、該回收垃圾的回收，直到Java虛擬機停止工作。
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