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JVM基础结构与字节码执行引擎

`JVM` 基础结构

JVM 内部结构如下：栈、堆。

栈

JVM 中的栈主要是指线程里面的栈，里面有方法栈、 native 方法栈、 PC 寄存器等等；每个方法栈是由栈帧组成的；每个栈帧是由局部变量表、操作数栈等组成。

每个栈帧其实就代表一个方法

堆

java 中所有对象都在堆中分配；堆中对象又分为年轻代、老年代等等，不同代的对象使用不同垃圾回收算法。

-XMs ：启动虚拟机预留的内存

-Xmx ：最大的堆内存

一、堆的分代假设

根据研究表明，堆中对象大部分都是创建后，立马就可以被销毁的。如：

为了优化堆中的内存，将堆中对象分为不同代。在年轻代中， GC 发生比较频繁；在老年代中， GC 发生比较少。

二、堆的分代

Young Generation
Old Generation/Tenured
Permanent Generation

永久代在 Java 虚拟机规范中是没有的，但是 Host Spot 虚拟机中有。

三、方法区

方法区被所有线程共享；方法区是用来存储编译后的代码，即存储每个类的运行时常量池、字段和方法。

方法区在虚拟机启动时创建；虽然方法区在逻辑上是堆的一部分，但在一些简单的实现中，方法区可以选择不进行垃圾回收和紧凑化。

方法区在 java8 的变化

java7 之前：方法区的实现：永久代，是作为堆的一部分；
java8 之后：方法区的实现： metaspace ，是堆外的内存；

1、为什么要这样改变？

因为 java 可以动态加载字节码信息，这样方法区就会慢慢的挤占堆中内存。为了避免与堆争抢内存， java8 将方法区的实现移至堆外。

2、方法区、永久代、 MetaSpace 的区别？

方法区是 java 虚拟机规范所规定的一个概念。其中 java7 实现方法区的地方称为永久代； java8 实现方法区的地方称为 MetaSpace

字节码文件的结构

java 程序在运行的时候，将源码编译成字节码，字节码在不同系统上的 JVM 翻译成对应的机器码。这是 Java平台无关性的基础 。

但是，编译后的字节码是如何读取到 JVM 中的？字节码执行引擎是如何识别、执行指令？

1、如何查看字节码文件

classpy 工具
IDEA 的 jclasslib Bytecode viewer 插件

2、字节码文件结构

一个字节码文件包含以下部分：

（1）magic： 0xCAFEBABE

class 文件的 magic code ，用于标识该文件是 class 文件。

（2） minor_version 、 major_version
用于标识该 class 文件的版本，防止高版本的 class 文件被低版本的 JVM 读取并执行。

（3） constant_pool ：常量池

用于存储该 class 文件经常被使用的信息，优化内存。比如说 System.out.print()

（4） access_flag
表示这个类得访问权限，对应到 java 源码就是 public 、 final 之类的

字节码执行引擎

这里以一个线程为例。一般来说，一个方法栈最底层的栈帧都是 Thread.run 方法。当一个线程准备调用另一个方法时，会先将实参拷贝一份到新栈帧的局部变量表里，然后再执行代码。

1、局部变量表

每次调用新方法时，会默认将当前对象的地址 this 作为局部变量表的第一个参数；后面存放传过来的参数。这与 javascript 的做法很相似。

2、方法调用的相关指令

invokevirtual ：一般实例方法，有多态；
invokeinterface ：接口方法，有多态
invokestatuc ：静态方法，无多态
invokespecial ：特殊方法，无多态
invokedynamic ：动态调用， JDK7 新增，方法无需在编译时确定

3、方法调用的过程

（1）在开始时

this

（2）在返回时

将返回值放在调用者方法栈帧中的操作数栈上；

（3）在异常出现时

寻找匹配的异常处理代码

（4）在 finally 时

为每个分支新增一个跳转

4、为什么 Mockito 、 EasyMock 无法对 private 、 static 方法进行 mock ？

因为他们 mock 方法是通过覆盖这些方法来实现的，而 private 、 static 没法被覆盖。 PowerMock 是通过修改字节码文件达到 mock 私有、静态方法的。

原博客地址

原文 http://www.cnblogs.com/fourther/p/12673213.html

正文到此结束

所属分类： Java 编程技术

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