jvm虚拟机的故事之（我是一个Java class）

做者：IBM刘欣

前言：本文主要想讲一下Java虚拟机的故事， 可能有点偏门，不妥之处欢迎留言交流。

第一回 陌生警察

我出生在C盘下面一个很深层次的目录下， 也不知道是谁把我放到这里的。

我一直在睡觉，外边的日出日落，风雨雷电和我一点关系都没有。

直到有一天，有个家伙咣咣咣砸我房门把我叫醒。

这个家伙穿着像警察的制服， 左手拿着一个对讲机， 右手递过来他的工做证： "你好， 我是Classloader, 请问你是Account类吗"

"是啊， 怎么了？"

这个Classloader 没回答我， 反而拿起对讲机：

"头儿，你看看你能不能装载这个Account类？”

对讲机那头好像也在问他的上司，过了半天，终于有了回音：

"我装载不了， 个人上级也说了，他们也装载不了， 你来干吧"

"那就报数吧~” 我此次注意到旁边站着另一个笑眯眯的小个子。

"报什么数？" 我一脸诧异。

"唉，果真没有被装载过， 你是个class 文件，固然要报文件开头的那几个数了， 就是Java 他爸James Gosling 在jdk 1.0时肯定的那个数啊"

"奥， 我看看， 0xCAFEBABE"

"不错， 是个java 类， 把你后边的两个数也报一下"， 小个子继续问

"50 ， 0"

"看来版本不高啊， 是jdk 1.6编译出来的啊"， 小个子接着说 "最新的虚拟机都1.8了, 都函数式了，你造不？”

我哪里知道？ 我这才模模糊糊的回想起来， 好像是有个什么javac 把我建立出来，扔到了这个屋子里。

"如今奉命带你去Java 虚拟机, 有人须要你的帮助" , 这个Classloader 态度冷冰冰的， 我不喜欢他。

"大哥，大家咋找到个人？" 我决定和小个子套近乎。

"那还不简单， 咱们老板有个列表， 上面列举着全部应该检查的目录，咱们顺藤摸瓜，一个一个找，确定能找到"

"那万一找不到咋办？"

"基本不可能， 你看老板给咱们的目录列表中有 C:\workspace\myTaobao\bin ， 咱们在下面再找三级 com/mytaobao/domain， 这不就找到你了吗，

Account.class , 话说回来， 万一真找不到， 未来在执行时会抛出ClassNotFound异常了, 那不归咱们管"

我后来才知道， 个人全名其实叫作com.mytaobao.domain.Account !

"来来来， 让我验证一下， 你这class编译的对不对" ，小个子拿出一个放大镜

"恩， 常量池, 访问标识， 字段，方法... 看起来没有问题“ ， 小个子对Classloader说。

被人拿着放大镜看，这种感受极为不爽。

"走， 去虚拟机" ， Classloader仍是冷冰冰的。

这哥俩不容我带任何东西， 便把我推上车，飞奔向我没据说过的“虚拟机”。

"大哥， 你叫什么名字" ， 我看小个子还算和睦。

"我就是大名鼎鼎的文件验证器了， 能管不少事"

"那刚才他为啥还得请示上级呢" ， 我用眼神指了一下开车的ClassLoader

文件验证器的声音一会儿就压低了：

"你不知道，说来话长， 咱们以前出现过事故，有个***写了个类java.lang.String, 和咱们老板手下有一个干活最卖力的员工名字如出一辙，只是这个***类里边居然有格式化硬盘的代码，咱们的小兵Classloader 不明就里，就把这个***类给先装载了，也执行了， 最后的结果，唉，很惨的... "

"那后来怎么办？"

"后来咱们老板就定下了规矩：他的骨干员工像String, ArrayList等只能由他本身的心腹去装载， 我据说老板的心腹都是分层级的，像传销同样， 每一个都有上线， 最顶层的叫Bootstrap Classloader , 下一次级叫Extension Classloader， 如今开车的这位其实叫App Classloader，位于最底层， 咱这位Classloader 在装载一个类以前，必定要问一问这几位权利极高的大爷，请他们先装载，这几位爷装载不了，才由咱们这些小兵来出马。“

"这能避免******？"

"能啊！ 你想一想， 那个***写了个***的java.lang.String, 咱们在装载以前，确定要请示Extension, Bootstrap这些大爷先来装载， 因为String是老板的核心员工，确定会他们先装载啊， 这些大爷把String 直接就给咱们了， 咱们就不会装载***类了"

“你能不能少说两句” Classloader 彷佛生气了。

我和文件验证器只好禁声。

其实文件验证器也不是只会给我吹牛， 他也很敬业， 这家伙在车上把我所有的字节码都要了过去， 对这些天书通常的东西一遍一遍的检查分析，确保每一个指令都是正确的， 检查是否是有超类， 是否是覆盖了final方法，跳转指令是否是正确....

第三回 初识虚拟机

很快咱们就来到了目的地， 我一看虚拟机不就是几个大楼嘛， 不过这几座大楼可真是高啊。

他俩把我带进其中一座叫“方法区”的大楼，进了电梯， 输入2048 。

很快来到第2048层， 无数的格子间平铺开来，他们七拐八拐，轻松的把我带到了个人位置， 上面写着个人名字“com.mytaobao.domain.Account”.

我问文件验证器： “这楼这么高， 这么多格子间， 人会坐满吗？”

"只有极少状况会坐满， 一旦满了，那时候会抛出异常， 咱们就完蛋了。 你本身好自为之吧， 再见 "

他们把我安顿好就马上离开了。

我往周边一看， 咦，这不是著名的java.lang.String吗。

我本想和他打个招呼， 能够他的电话彷佛一直没断过， 嘴里一直说着什么store, load之类我听不懂可是彷佛有点熟悉的话。

正无聊着呢，我桌子上的电话也响了， 电脑屏幕也亮了，我看到一我的对我笑着说：

"你好， 我刚刚new 出来的Account对象， 个人编号是Account@659e0bfd"

晕倒 ！ 这家伙和我什么关系？

看我一脸的诧异， 他说，“ 很快就会有个线程到CPU车间了，他会联系你， 我就是想确认下你在不在, 奥对了， 我在一个叫作堆的地方， 有空找我玩啊， byebye ”， 说完就消失了。

果真没多久， 视频电话又响了。

此次我看到一我的站在一个明亮的车间里， 抱着一个包裹， 他按了一个按钮， 面前马上升起一个工做台 ， 台子上立了一个有不少抽屉的柜子，每一个抽屉上都有一个编号， 旁边还有一个深桶。

我正想问问问怎么回事呢， 就听到了他的声音：

"我是线程0x3704, 我要调用你第二个方法了“

（码农翻身注： 不认识线程0x3704的同窗能够回复“我是一个线程”查看）

我一看， 个人第二个方法是add :

public void add(int x , int y ){

x = x + y;

.....其余代码略....

}

(码农翻身注： Account类固然看不到这些源码， 这是为了方便你看的 :-) )

"请把第一条指令给我说一下" 0x3704 继续问我要东西

我还不太熟练，找了半天才说：

"iload_0"

因而他就操做柜子上的机械手把0号抽屉的一个数30扔到到了工做台上的一个桶里，这个桶很窄，无法并排放两个数， 可是很深。

而后0x3704说 “下一条指令”

"iload_1"

因而1号抽屉的一个数40也被扔到了桶里，正好压在30上面， 从桶上面就看不到30了。

“下一条指令”

”iadd“

因而他就把两个数从桶里取了出来， 作了个飞快的动做， 这两个数变成了一个数 70 ！， 而后他又把70 放到了桶里。

“下一条指令”

"istore_0"

因而他把70从桶里捞出来， 放到了柜子上编号为0的地方， 以前的30就被扔掉了。

我看的目瞪口呆，这厮是在干吗???

我问他： “0x3704， 不就是把两个数加起来吗？ 为啥搞的这么麻烦”

他不理我， 只是继续说， “下一条指令”

我只有配合它玩这个游戏。

java.lang.String 可贵的清闲， 端着一杯咖啡一边看我手忙脚乱的取指令， 一边说：

"新人都这样， 别着急，等你熟练了，闭着眼睛就搞定了， 就像我同样，你可能不知道 ， 咱们这个虚拟机叫作基于堆栈的虚拟机， 看到那个桶没有，其实就是个先进后出的栈啊， 咱们虚拟机的全部指令其实都是在对栈进行操做"

但是我仍是好奇： “这栈有什么好啊”

旁边的格子间的java.util.Stack 马上说：

"这事儿你得问我啊， 怎么说呢， 主要是为了简单， 你看咱们只用一个简单的桶，奥对了，栈， 就能完成全部的工做， 你作要的就是往栈里扔东西（入栈）， 而后从最上面拿东西（出栈） 就好了。 不像intel 的CPU, 搞了巨多的桶，每一个桶只能容纳一个数， 他们还美名其曰寄存器， 作加法的时候， 先把一个数放到第一个桶， 再把另一个数放到第二个桶，加起来之后的结果还得找个桶，有些桶还不通用，这么多桶找起来麻烦死了。 "

"但是咱们的栈操做起来就麻烦了啊， 你看一个简单的加法都得操做半天" ，我不依不饶。

"咱们的指令能够优化啊， 不过这我也不太懂"

这个游戏我整整完了一天，没有线程找个人时候， 我就闲着， String说得对， 熟练之后简直太简单了。

String 就不同了， 几乎每时每刻都线程给他打电话要指令， 这么没办法， String确实是虚拟机的骨干和精英， 使用频繁，业务纯熟，忙而不乱。

有时候我会看到线程有不止一个工做台， 而是一摞子工做台， 也是一个压一个， 线程们都很老实，永远在最上面那个工做， 历来不会先干下面的活。

我问java.util.Stack :"这些工做台也是栈吧"

"猜的不错，学名叫Java 栈，每一个线程都有一个， 其中的每一个工做台你看过了 ，学名叫栈帧， 知道不？ 每一个台子都表明一个方法调用， 这一摞工做台就方法调用方法致使的啊 "

确实是， 由于我发现一旦调用新方法， 马上就会造成一个新的工做台， 压在老的上面。 方法调用完成后， 栈顶的工做台就被销毁了， 线程会在底下的工做台继续机械的干活。

第四回 快乐假期

次日， 0x3704又问我要指令， 我有点生气： 你就不会记住吗

0x3704说： 我可不能记住， 万一你被从新装载了， 指令变了怎么办？

我告诉他指令是"iload_0" ， 他刚把数据扔到桶里， 古怪的事情发生了， 身手敏捷的0x3704忽然好像凝固了同样，不动了。

只听到String欢呼： “遇到断点了，码农开始调试了， 咱们放假了！”

"调试？什么调试？"

"就是码农会单步、手工的执行这些指令，他们慢死了， 可能一秒才能执行一步， 因为咱们的时间比他们快的多， 他们的一秒，简直就是咱们的10几天， 走， 出去玩去"

"出去玩？ 能上哪儿玩” 我以为这里无聊透顶。

"找咱们new 出来的对象玩去"

我想到了以前联系过个人 对象Account@659e0bfd ， 想着去看看也不错。

这个叫"堆"的大楼更加拥挤， 全是人， String 的对象固然最多，Stirng类左右逢源，不停的打招呼， 从我建立出来的Account对象几乎找不到。

一队全副武装的士兵不停的在巡逻， 时不时的把对象拉出来，塞到车里去。

“这是在干吗啊” 我问String类

"这些人叫清理者， 专门清理没有用的对象， 你看，车里那不是Account@659e0bfd 吗"

"啊？ 昨天我还和他联系， 他怎么会没用了呢"

"他颇有可能只是个方法的局部变量， 方法结束后， 就没人引用了， 白白的占用空间， 你看这楼太拥挤了， 若是不清理， 很快就会住满，系统崩溃， Out Of Memory了"

"那这个楼就不能盖的更高点吗？” 我内心有点可怜这些被回收的对象们

"楼有多高，是由码农们决定的， 他们在启动虚拟机的时候会指定参数"

"那士兵咋知道谁有用没用？"

"引用计数呗， 若是对象被使用， 计数就会增长， 不用的时候就会减小， 若是是0 ， 那就可能被清理了。"

"那咱们会被清理掉吗？" 我担忧的问

String类神秘的笑了下： "我应该不会， 可是你是有可能的"

我固然明白了， String类是核心员工， 而我只是从外边加载过来的一个类而已， 不过我也确实有点想个人家了。

果真，又过了10天， 0x3704才动弹了一下，问我要第二条指令

我想都没想就告诉了他：“iload_1” 。

接下来又是10天的长假。

第五回 真相大白

漫长的调试假期终于结束了，我刚回到本身的工做间， 发生了更奇怪的事情， 整个世界毫无征兆的消失了。

我晕晕乎乎，发现仍是躺在自家床上， 我是作了一场梦吗？

但是过去的记忆如此的真切， 究竟是怎么回事？

管它呢， 我已经知道了本身所在的房子的门牌号是 C:\workspace\myTaobao\bin\com\mytaobao\domain

探索一下吧，唉 ， 大部分人都很是无趣，不理我。

正当我准备要回去接着睡觉的时候， 我先发现了C:\workspace\myTaobao\src\ 下也有个如出一辙的目录com\mytaobao\domain，关键是里边居然有个Account.java !

出生的模糊记忆告诉我， javac 就是从这里把我生成的。

我正要给他打招呼，一个"hi"还没说出口。

javac 又一次运行， 我被新的Account.class 残忍的覆盖掉了！

临死前， 我终于明白了，这个一个码农的电脑，码农在开发程序， 调试程序， 不断的重启服务器。

而我这个类隐藏着一个Bug， 通过调试后被发现， 而后Fix了！