1.1、你是否也遇到过这些问题？
运行着的线上系统突然卡死，系统无法访问，甚至直接OOM（Out of Memory）!想解决线上MGC问题，但却无从下手
新项目上线，对各种JVM参数设置一脸茫然，直接默认吧，然后就JJ了
每次面试之前都要重新背一遍VM的一些原理概念性的东西，然而面试官
却经常问你在实际项目中如何调优VM参数，如何解决GC、OOM等问题，
一脸懵逼。
大部分Java开发人员，除会在项目中使用到与Java平台相关的各种高精尖技术，对于Java技术的核心Java虚拟机了解甚少。
1.2、开发人员如何看待上层框架
一些有一定工作经验的开发人员，打心眼儿里觉得SSM、微服务等上层技术才是重点，基础技术并不重要，这其实是一种本末倒置的“病态”。
如果我们把核心类库的API比做数学公式的话，那么Java虚拟机的知识就好比公式的推导过程。
计算机系统体系对我们来说越来越远，在不了解底层实现方式的前提下，通过高级语言很容易编写程序代码。但事实上计算机并不认识高级语言
1.3、架构师每天都在思考什么？
应该如何让我的系统更快？
如何避免系统出现瓶颈？
知乎上有条帖子：应该如何看招聘信息，直通年薪50万+？
参与现有系统的性能优化，重构，保证平台性能和稳定性
根据业务场景和需求，决定技术方向，做技术选型
能够独立架构和设计海量数据下高并发分布式解决方案，满足功能和非功能需求
解决各类潜在系统风险，核心功能的架构与代码编写
分析系统瓶颈，解决各种疑难杂症，性能调优等
1.4、我们为什么要学习JVM?
面试的需要(BATJ、TMD、PKQ等面试都爱问)
中高级程序员必备技能
项目管理、调优的需要
追求极客的精神
比如：垃圾回收算法、JIT、底层原理
1.5、Java VS C++
垃圾收集机制为我们打理了很多繁琐的工作，大大提高了开发的效率，但是，垃圾收集也不是万能的，懂得JVM内部的内存结构、工作机制，是设计高扩展性应用和诊断运行时问题的基础，也是Java工程师进阶的必备能力。
2、面向人群及参考书名
拥有一定开经验的Java平台开发人员
软件设计师、架构师
系统调优人员
有一定的Java编程基础并希望进一步理解Java的程序员
虚拟机爱好者，JVM实践者
Java SE Specifications (oracle.com)
3、Java及JVM简介
3.1、TIOBE语言热度排行榜
www.tiobe.com/tiobe-index…
Java是目前应用最为广泛的软件开发平台之一。随着Java以及ava社区的不断壮大，
Java也早已不再是简简单单的一门计算机语言了，它更是一个平台、一种文化、一
作为一个平台，Java虚拟机扮演着举足轻重的作用。
Groovy、Scala、JRuby、Kot1in等都是Java平台的部分
作为一种文化，Java几乎成为了“开源”的代名词。
第三方开源软件和框架。如Tomcat、Struts,MyBatis,Spring等。
就连JDK和JVM自身也有不少开源的实现，如OpenJDK、Harmony。
作为一个社区，Java拥有全世界最多的技术拥护者和开源社区支持，有数不清的论坛和资料。从桌面应用软件、嵌入式开发到企业级应用、后台服务器、中间件，可以看到Java的身影。其应用形式之复杂、参与人数之众多也令人咋舌。
3.2、java：跨平台的语言
3.3、Java虚拟机规范
Java虚拟机是Java平台的基石。它是负责硬件和操作系统的技术组件独立性，其编译代码的小尺寸，以及它有保护用户远离恶意程序的能力。
Java虚拟机是一种抽象的计算机器。就像一个真正的计算机机器，它有一个指令集，并在运行时操作不同的内存区域。使用虚拟实现编程语言是相当普遍的。最著名的虚拟机可能是UCSD的P-Code机帕斯卡。
3.4、JVM：跨语言的平台
JVM（Java虚拟机）是Java程序的运行环境，它是一个虚拟的计算机，可以在不同的平台上运行Java程序。JVM负责将Java程序编译后的字节码解释执行，并提供了内存管理、垃圾回收、安全性等功能。JVM的核心是Java解释器，它可以将字节码转换为机器码并执行。JVM还包括了Java类库、Java运行时环境和Java开发工具等。
随着Java7的正式发布，Java虚拟机的设计者们通过JSR-292规范基本实现在
Java虚拟机平台上运行非Java语言编写的程序。
Java虚拟机根本不关心运行在其内部的程序到底是使用何种编程语言编写的，
它只关心“字节码”文件
。也就是说Jav虚拟机拥有语言无关性，并不会单纯地与Java语言“终身绑定”，只要其他编程语言的编译结果满足并包含Java虚拟机的内部指令集、符号表以及其他的辅助信息，它就是一个有效的字节码文件，就能够被虚拟机所识别并装载运行。
Java不是最强大的语言，但是VM是最强大的虚拟机.
3.5、字节码
我们平时说的iava字节码，指的是用java语言编译成的字节码。准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为：
jvm字节码
。
不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同
的JVM上运行。
Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式c1ass文件格式所关联，class文件中包含了Java虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes)和符号表，还有一些其他辅助信息。
3.6、多语言混合编程
Java平台上的多语言混合编程正成为主流，通过特定领域的语言去解决特定领域的问题是当前软件开发应对日趋复杂的项目需求的一个方向
。
试想一下，在一个项目之中，并行处理用clojure语言编写，展示层使用JRuby/Rails,中间层则是Java,每个应用层都将使用不同的编程语言来完成，而且，接口对每一层的开发者都是透明的，
各种语言之间的交互不存在任何困难，就像使用自己语言的原生AP工一样方便，因为它们最终都运行在一个虚拟机之上
。
对这些运行于Java虚拟机之上、Java之外的语言，来自系统级的、底层的支持正在迅速增强，以JSR-292为核心的一系列项目和功能改进（如DaVinci、 Machine项月、Nashorn引擎、InvokeDynamic指令、java.lang.invoke包等)，
推动Java虚拟机从“Java语言的虚拟机”向“多语言虚拟机”的方向发展
。
3.7、如何真正搞懂JVM
Java虚拟机非常复杂，要想真正理解它的工作原理，最好的方式就是自己动手编写一个！
自己动手写一个Java虚拟机，难吗？
天下事有难易乎？
为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣
4、Java发展的重大事件
1990年，在sun计算机公司中，由Patrick Naughton、MikeSheridan及
James Gosling领导的小组GreenTeam,开发出的新的程序语言，命名为oak,
后期命名为Java
1995年，Sun正式发布Java和HotJava产品，Java首次公开亮相。
1996年1月23日Sun Microsy3tems发布了JDK1.0。
1998年，JDK1.2版木发布。同时，Sun发布了JsP/Servlet、EJB规范，以及将Java分成了J2EE、J2sE和J2ME。这表明了Java开始向企业、桌面应用和移动设备应用3大领域挺进。
2000年，JDK1.3发布，Java HotSpot Virtual Machine.正式发布，成为Java的默认虚拟机。
2002年，JDK1.4发布，古老的c1as3ic虚拟机退出历史舞台。
2003年年底，Java平台的Scala正式发布，同年Groovy也加入了Java阵营。
2004年，JDK1.5发布。同时JDK1.5改名为JavaSE5.0。
2006年，JDK6发布。同年，Java开源并建立了OpenJDK。顺理成章，Hotspot
虚拟机也成为了OpenJDK中的默认虚拟机。
2007年，ava平台迎来了新伙伴Clojure。
2008年，Oracle收购了BEA,得到了JRockit虚拟机。
2009年，Twitter宣布把后台大部分程序从Ruby迁移到sca1a,这是Java平台的又一次
大规模应用。
20l0年，Orac1e收购了Sun,获得Java商标和最具价值的HotSpot虚拟机。此时，Oracle拥有市场占用率最高的两款虚拟机HotSpot和JRockit,并计划在未来对它们进行整合：HotRockit
2011年，JDK7发布。在JDK1.7u4中，正式启用了新的垃圾回收器G1。
2017年，JDK9发布。将G1设置为默认GC,替代CMS
同年，IBM的J9开源，形成了现在的Open J9社区
2018年，Android的Java侵权案判决，Google.赔偿Ocacle计88亿美元
同年，Oracle宣告JavaEE成为历史名词，JDBC、JMS、Servlet赠予Eclipse基金会
同年，JDK11发布，LTS版木的JDK,发布革命性的ZGC,调整JDK授权许可
2019年，JDK12发布，加入RedHat领导开发的Shenandoah GC
Open JDK和Oracle JDK
在JDK11之前，OracleJDK中还会存在一些openJDK中没有的、闭源的功能。但在JDK11中，我们可以认为openJDK和oracleJDK代码实质上已经完全一致的程度。
5、虚拟机与Java虚拟机
5.1、虚拟机
所谓虚拟机(Virtual Machine),就是一台虚拟的计算机。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。
大名鼎鼎的visual Box,Mware.就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台。
程序虚拟机的典型代表就是Java虚拟机，它专门为执行单个计算机程序而设计，在Java虚拟机中执行的指令我们称为Java字节码指令。
无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。
5.2、Java虚拟机
Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码也未必由Java语言编译而成。
JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回
器，以及可靠的即时编译器。
Java技术的核心就是Java虚拟机
(JVM,Java virtual Machine),
因为所有的Java程序都运行在Java虚拟机内部。
Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。
一次编译，到处运行
自动内存管理
自动垃圾回收功能
5.3、JVM的位置
6、JVM的整体结构
HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
它采用解释器与即时编译器并存的架构。
在今天，Java程序的运行性能早己脱胎换骨，己经达到了可以和C/C++程序一较高下的地
方法区和堆是多线程共享一份的，而Java栈、本地方法栈、程序计数器是每个线程都有独一份的。
7、Java代码执行流程
8、JVM的架构模型
Hotspot是基于栈的指令集架构，也被称为基于堆栈的虚拟机（Stack-based Virtual Machine）。Hotspot虚拟机将所有的计算操作都基于操作数栈进行，而不是像基于寄存器的指令集架构（Register-based Instruction Set Architecture）那样基于寄存器。这种设计使得Hotspot虚拟机的指令集更加简单，同时也更加容易实现跨平台的特性。
Java编译器输入的指令流基木上是一种
基于栈的指令集架构
，另外一种指令集架构则是
基于寄存器的指令集架构
。
具体来说：这两种架构之间的区别：
基于栈式架构的特点
设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配。
指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器容易实现。
不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
基于寄存器架构的特点
典型的应用是x86的二进制指令集：比如传统的Pc以及Android的Davlik虚拟机。
指令集架构则完全依赖硬件，可移植性差
性能优秀和执行更高效：
花费更少的指令去完成一项操作。
在大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。方难学的
举例1
：
同样执行2+3这种逻辑操作，其指令分别如下：
基于栈的计算流程（以Java虚拟机为例）：
iconst_2
istore_1
iconst3
istore_2
iload_1
iload_2
iadd
istore_0
而基于寄存器的计算流程：
mov eax,2
add eax,3
javap -v .\StackStruTest.class
命令：进行反编译
javap -V .class文件
也可以使用idea插件jclasslib
iconst_2
istore_1
iconst3
istore_2
iload_1
iload_2
iadd
istore_0
bipush和sipush是Java字节码指令，用于将常数值推送到操作数栈中。
bipush指令用于将一个字节大小的常数值（-128到127）推送到操作数栈中。它的操作码为0x10，后面跟着一个8位有符号整数表示要推送的常数值。
sipush指令用于将一个短整型大小的常数值（-32768到32767）推送到操作数栈中。它的操作码为0x11，后面跟着一个16位有符号整数表示要推送的常数值。
这两个指令常用于编写Java字节码，而不是直接编写Java源代码。在Java编译器将源代码编译成字节码时，常量值会被推送到操作数栈中，这些指令在这个过程中被使用。
iconst_m1是Java字节码指令之一，用于将整数常量-1推送到操作数栈中。
Java虚拟机提供了一组特殊的指令，可以将整数常量-1到5快速地推送到操作数栈中，其中包括iconst_m1、iconst_0、iconst_1、iconst_2、iconst_3、iconst_4和iconst_5。
iconst_m1的操作码为0x02，表示将整数常量-1推送到操作数栈中。其他常量指令的操作码和作用也类似。
这些常量指令可以提高Java字节码的执行效率，因为它们比使用bipush或sipush指令更短，执行速度也更快。
如果要将浮点数常量推送到操作数栈中，可以使用fconst_0、fconst_1和fconst_2指令，分别用于将浮点数常量0.0、1.0和2.0推送到操作数栈中。
如果要将长整数常量推送到操作数栈中，可以使用lconst_0和lconst_1指令，分别用于将长整数常量0和1推送到操作数栈中。
如果要将双精度浮点数常量推送到操作数栈中，可以使用dconst_0和dconst_1指令，分别用于将双精度浮点数常量0.0和1.0推送到操作数栈中。
如果要将字符串常量推送到操作数栈中，可以使用ldc指令，该指令需要一个常量池索引作为参数，该索引指向一个字符串常量在常量池中的位置。
需要注意的是，每种类型的常量指令都只能用于将特定类型的常量推送到操作数栈中，不能将其他类型的常量使用这些指令推送到操作数栈中。
8.3、总结
由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
时至今日，尽管嵌入式平台己经不是Java程序的主流运行平台了（准确来说应该是HotspotVM的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了），那么为什么不将
架构更换为基于寄存器的架构呢？
将架构更换为基于寄存器的架构并不一定是最优的选择，因为：
1. 兼容性问题：现有的Java程序都是基于栈式架构的虚拟机运行的，如果要将架构更换为基于寄存器的架构，需要重新编写和调整Java程序，这会带来很大的兼容性问题。
2. 硬件成本问题：基于寄存器的架构需要更多的寄存器，这会增加硬件成本。此外，基于寄存器的架构需要更多的硬件支持，比如更复杂的指令集和更高的性能要求，这也会增加硬件成本。
3. 性能问题：尽管基于寄存器的架构可以提高一些性能指标，但是在某些情况下，栈式架构的虚拟机也可以达到很高的性能水平。此外，现在的硬件技术和虚拟机优化技术也可以在栈式架构下实现很高的性能。
综上所述，将架构更换为基于寄存器的架构并不一定是最优的选择，而现有的栈式架构的虚拟机已经可以在嵌入式平台上运行得很好了。
栈：跨平台性、指令集小、指令多；执行性能比寄存器差
9、JVM的生命周期
9.1、虚拟机的启动
Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。
9.2、虚拟机的执行
一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序。
程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止。
执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。
9.3、虚拟机的退出
有如下的几种情况：
程序正常执行结束
程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作。
除此之外，JNI(Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况。
10、JVM的发展历程
10.1、Sun Classic VM
早在1996年Java1.0版本的时候，Sun公司发布了一款名为sunClassic VM的Java虚拟机，它同时也是世界上第一款商用Java虚拟机，JDK1.4时完全被淘汰。
这款虚拟机内部只提供解释器。
如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。但是一旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作。
现在hotspot内置了此虚拟机
普通代码使用解释器；热点代码使用JIT编译器，然后缓存起来。
10.2、Exact VM
为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时，sun提供了此虚拟机。
Exact Memory Management:准确式内存管理
也可以l叫Non-Conservative/Accurate Memory Management
虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型。
具备现代高性能虚拟机的雏形
编译器与解释器混合工作模式
只在Solaris平台短暂使用，其他平台上还是classic vm
英雄气短，终被Hotspot虚拟机替换
10.3、sun公司的Hotspot VM
HotSpot历史
最初由一家名为“Longview Technologies"的小公司设计
1997年，此公司被sun收购；2009年，Sun公司被甲骨文收购。
JDK1,3时，HotSpot VM成为默认虚拟机
目前Hotspot占有绝对的市场地位，称霸武林。
不管是现在仍在广泛使用的JDK6,还是使用比例较多的JDK8中，默认的虚拟机都是HotSpot
Sun/oracle JDK和OpenJDK的默认虚拟机
因此木课程中默认介绍的虚拟机都是HotSpot,相关机制也主要是指HotSpot的Gc机
制。（比如其他两个商用虚拟机都没有方法区的概念）
从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。
名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术。
通过计数器找到最具编译价值代码，触发即时编译或栈上替换
通过编译器与解释器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡
10.4、BEA的Rockit
专注于服务器端应用
它可以不太关注程序启动速度，因此JRocki七内部不包含解析器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行。
大量的行业基准测试显示，JRockit JVM是世界上最快的JVM。
使用JRockit产品，客户己经体验到了显著的性能提高（一些超过了70号）和硬件成木的减少（达50号）。
优势：全面的Java运行时解决方案组合
JRockit面向延迟敏感型应用的解决方案JRockit Real Time提供以毫秒或微秒级的M响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需要
MissionContro1服务套件，它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产
环境中的应用程序的工具。
2008年，BEA被0rac1e收购。
Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK8中完成。整合的方式是在HotSpot的基础上，移植JRock1t的优秀特性。
高斯林：目前就职于谷歌，研究人工智能和水下机器人
10.5、IBM的J9
全称：IBM Technology for Java virtual Machine,简称IT4J,内部代号：J9
市场定位与HotSpot:接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM
广泛用于IBM的各种Java产品。
目前，有影响力的三大商用虚拟机之一，也号称是世界上最快的Java虚拟机。
2017年左右，IBM发布了开源9VM,命名为OpenJ9,交给Eclipse基金
会管理，也称为Eclipse OpenJ9
10.6、KVM和CDC/CLDC Hotspot
Oracle在Java ME产品线上的两款虚拟机为：CDC/CLDC HotSpot Implementation VM
KVM(Kilobyte)是CLDC-HI早期产品
目前移动领域地位尴尬，智能手机被Android和ioS二分天下。
KVM简单、轻量、高度可移植，而向更低端的设备上还维持自己的一片市场
智能控制器、传感器
老人手机、经济欠发达地区的功能手机
所有的虚拟机的原则：一次编译，到处运行。
10.7、Azul VM
前面三大“高性能Java虚拟机”使用在通用硬件平台上
这里Azu1VM和BEA Liquid VM是与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机
高性能Java虚拟机中的战斗机。
Azul VM是Azul Systems公司在HotSpot基础上进行大量改进，运行于Azul Systems公司的专有硬件vega系统上的Java虚拟机。
每个Azu1VM实例都可以管理至少数十个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器、专有硬件优化的线程调度等优秀特性。
2010年，Azu1 Systems公司开始从硬件转向软件，发布了自己的zing JVM,可以在通用x86平台上提供接近于Vega系统的特性。
10.8、Liquid VM
高性能Java虚拟机中的战斗机。
BEA公司开发的，直接运行在自家Hypervisor系统上
Liquid VM即是现在的JRockit VE(virtual Edition),Liquid不需要操作系统的支持，或者说它自己本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等。
随着JRockit虚拟机终止开发，Liquid VM项目也停止了。
10.9、Apache Harmolhy
Apache也曾经推出过与JDK1.5和JDK1.6兼容的Java运行平台Apache Harmony
它是IBM和Intel联合开发的开源JVM,受到同样开源的openJDK的压制，Sun坚决不让Harmony?获得JCP认证，最终于2011年退役，IBM转而参与OpenJDK
虽然目前并没有Apache Harmony被大规模商用的案例，但是它的Java
类库代码吸纳进了Android SDK。
10.10、Microsoft JVM
微软为了在IE3浏览器中支持Java Applets,开发了Microsoft JVM。
只能在window平台下运行。但确是当时windows下性能最好的Java VM。
1997年，Sun以侵犯商标、不正当竞争罪名指控微软成功，赔了sun很多
钱。微软在windowsXP SP3中抹掉了其VM。现在windows上安装的jdk
都是HotSpot。
10.11、 TaobaoJVM
由AliJVM材队发布。阿里，国内使用Java最强大的公司，覆盖云计算、金融、物流、电商等众多领域，需要解决高并发、高可用、分布式的复合问题。有大量的开源产品。
基于OpenJDK开发了自己的定制版木AlibabaJDK,简称AJDK。是整个阿里Java体系的基石。
基于OpenJDK HotSpot VM发布的国内第一个优化、深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机。
创新的GCIH(GC invisible heap)技术实现了off-heap,即将生命周期较长的Java对象从heap中移到heap之外，并且Gc不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。
GCIH中的对象还能够在多个Java虚拟机进程中实现共享
使用crc32指令实现JVM intrinsic降低JNI的调用开销
PMU hardware的Java profiling tool和诊断协助功能
针对大数据场景的ZenGC
taobao vm应用在阿里产品上性能高，硬件严重依赖intel的cpu,损失了兼容性，但提高了性能
目前已经在淘宝、天猫上线，把Oracle官方JVM版本全部替换了。
10.12、Dalvik VM
谷歌开发的，应用于Android.系统，并在Android2.2中提供了JIT,发展迅猛。
Dalvik VM只能称作虚拟机，而不能称作“Java虚拟机”，它没有遵循Java
虚拟机规范
不能直接执行Java的class文件
基于寄存器架构，不是jvm的栈架构。
执行的是编译以后的dex(Dalvik Executable)文件。执行效率比较高。
它执行的dex(Dalvik Executable)文件可以通过class文件转化而来，使用Java语法编写应用程序，可以直接使用大部分的Java API等。
Android5.0使用支持提前编译(Ahead of Time Compilation,AoT)的ART VM替换Dalvik VM.
10.13、其他JVM
具体VM的内存结构，其实取决于其实现不同厂商的VM,或者同一厂商发布的不同版本，都有可能存在一定差异。主要以Oracle HotSpot为默认虚拟机。
10.13、Graal VM
2018年4月，Oracle Labs公开了Graa1M,号称"Run Programs Faster Anywhere",勃勃野心。与1995年java的”write once,run anywhere"遥相呼应。
Graal VM在HotSpot VM基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台使用。语言包括：Java、Scala、Groovy、Kotlin;C、C++、JavaScript、Ruby、Python、R等
支持不同语言中混用对方的接口和对象，支持这些语言使用已经编写好的本地库文件
工作原理是将这些语言的源代码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示。Graal VM提供Truffle工具集快速构建面向一种新语言的解释器。在运行时还能进行即时编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率。
如果说HotSpot有一天真的被取代，Graal VM希望最大。但是Java的软件生态没有丝毫变化。
二、类加载子系统
1、内存结构概述
如果自己手写一个Java虚拟机的话，主要考虑哪些结构呢？
类加载器和执行引擎
2、类加载器与类的加载过程
类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载c1ass文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。
加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射)
2.1、类加载器ClassLoader角色
1.class file存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这
个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。
2.class fi1e加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。
3.在.class文件->JVM->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器class Loader),扮演一个快递员的角色
2.2、加载：
1.通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2.将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3.在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类
的各种数据的访问入口
补充：加载.class文件的方式
本地系统中直接加载
通过网络获取，典型场景：Web Applet
从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
由其他文件生成，典型场景：SP应用
从专有数据库中提取.class文件，比较少见
从加密文件中获取，典型的防class文件被反编译的保护措施
2.3、链接
验证(Verify):
目的在于确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。
准备(Prepare):
为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
package com.lxg.java;
* @author shkstart
* @create 2020 上午 11:43
public class HelloApp {
private static int a = 1;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(a);
这里不包含用final修饰的static,因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
解析(Resolve):
将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
事实上，解析操作往往会伴随着V在执行完初始化之后再执行：
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的C1ass文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等：对应常量池中的
CONSTANT_class_inEo、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT Methodref info等。
可以查看字节码文件反编译和二进制文件的结果
2.4、初始化
初如化阶段就是执行类构造器方法()的过程。
此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的())
若该类具有父类，WM会保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。
package com.lxg.java;
* @author shkstart
* @create 2020 上午 11:23
public class DeadThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Runnable r = () -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始");
DeadThread dead = new DeadThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
Thread t1 = new Thread(r,"线程1");
Thread t2 = new Thread(r,"线程2");
t1.start();
t2.start();
class DeadThread{
static{
if(true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "初始化当前类");
while(true){
只会初始化一次，并且谁抢到了就会加锁
package com.lxg.java;
* @author shkstart
* @create 2020 下午 6:01
public class ClassInitTest {
private static int num = 1;
static{
num = 2;
number = 20;
System.out.println(num);
private static int number = 10;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ClassInitTest.num);
System.out.println(ClassInitTest.number);
在类加载的过程中，首先会执行静态成员变量的初始化，包括静态变量和静态代码块。因此，在这段代码中，private static int number = 10;会先被执行，其值会被赋为0。然后，静态代码块会被执行，将num的值赋为2，number的值赋为20。最后，number的值又被赋为10，这是因为在类加载的linking阶段，number被赋为默认值0，而在initial阶段，又被重新赋值为20，最终又被赋值为10。因此，静态成员变量的初始化顺序是先执行静态变量的初始化，再执行静态代码块的内容。
Java非法向前引用变量_指尖凉的博客-CSDN博客
如果字段会进行初始化，一定要防止在初始化前程序中访问默认值（可以赋值但不可访问），这会导致很多意想不到的麻烦
静态代码的执行顺序：
静态代码块的执行顺序是在类被加载时执行，且只会执行一次。具体的执行顺序如下：
1. 先执行父类的静态代码块，再执行子类的静态代码块。
2. 静态代码块的执行顺序与它们在类中出现的顺序有关，按照代码顺序依次执行。
3. 静态变量的初始化也是在静态代码块中进行的，因此静态变量的初始化顺序也与静态代码块的执行顺序有关。
总之，静态代码块的执行顺序是在类加载时执行，按照代码顺序依次执行，且只会执行一次。
这里给出一个完整的例子，包括类的加载、初始化和静态变量的初始化等过程：
public class StaticBlockExample {
static {
System.out.println("StaticBlockExample静态代码块1");
public static int staticVar = 1;
static {
System.out.println("StaticBlockExample静态代码块2");
public static void main(String[] args) {
System.out.println("StaticBlockExample静态变量的值为：" + staticVar);
class ChildStaticBlockExample extends StaticBlockExample {
static {
System.out.println("ChildStaticBlockExample静态代码块1");
public static int childStaticVar = 2;
static {
System.out.println("ChildStaticBlockExample静态代码块2");
输出结果为：
StaticBlockExample静态代码块1
StaticBlockExample静态代码块2
ChildStaticBlockExample静态代码块1
ChildStaticBlockExample静态代码块2
StaticBlockExample静态变量的值为：1
我们可以看到，在程序运行时，首先加载StaticBlockExample类，执行它的静态代码块，输出"StaticBlockExample静态代码块1"和"StaticBlockExample静态代码块2"，然后初始化静态变量staticVar的值为1。
接着，加载ChildStaticBlockExample类，执行它的静态代码块，输出"ChildStaticBlockExample静态代码块1"和"ChildStaticBlockExample静态代码块2"，然后初始化静态变量childStaticVar的值为2。
最后，在主函数中输出静态变量staticVar的值，输出结果为"StaticBlockExample静态变量的值为：1"。
3、类加载器分类
JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)附自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)。
从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类classLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示：
package com.lxg.java1;
* @author shkstart
* @create 2020 上午 9:22
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);
ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader);
ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(bootstrapClassLoader);
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);
3.1、虚拟机自带的加载器
启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader)
这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
它用来加载Java的核心库(JAVA HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容)，用于提供JVM自身需要的类
并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器。
加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、java、sun等开头的类
**扩展类加载器(**Extension ClassLoader)
Java语言编写，由sun.misc.Launcher:$ExtclassLoader实现。
派生于ClassLoader类
父类加载器为启动类加载器
从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。
应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader)
java语言编写，由sun.misc.Launcher:$AppclassLoader实现
派生于ClassLoader类
父类加载器为扩展类加载器
它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载
通过ClassLoader#getSystemclassLoader()方法可以获取到该类加载器
package com.lxg.java1;
