JVM_0.5_小故事

"深入理解Java虚拟机"这本书去年就买了,一直忙于公司项目,没时间看,后来看了下面这个文章,一下子就来了兴趣

(原文 : https://mp.weixin.qq.com/s/SsctgcbwhCRbxTnbaZyx_A 公众号 : 码农翻身)

硬着头皮,看完了这本书....

然后根据这本书,整理了一些学习笔记,学习笔记中有些内容来自于"左萧龙博客" http://www.zuoxiaolong.com/

后面系列的学习笔记,不再注明文章出处.

感谢那些分享学习笔记,资料的人...

文章以及后续文章中如有错误,还请指正,互相学习提高,JVM这个东西,需要反复咀嚼

我们首先来看一个故事，这个故事有趣简略的解释了class加载之后在虚拟机中发生的事情....

随着后续深入JVM，然后回过头来再看这个故事..感觉作者很牛逼...

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，右手递过来他的工作证： "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，我的上级也说了，他们也装载不了，你来干吧"

"那就报数吧~”我这次注意到旁边站着另外一个笑眯眯的小个子。

"报什么数？"我一脸诧异。

"唉，果然没有被装载过，你是个class文件，当然要报文件开头的那几个数了，就是Java他爸James Gosling在jdk 1.0时确定的那个数啊"

"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把我创建出来，扔到了这个屋子里。

"现在奉命带你去Java虚拟机,有人需要你的帮助",这个Classloader态度冷冰冰的，我不喜欢他。

"大哥，你们咋找到我的？" 我决定和小个子套近乎。

"那还不简单，我们老板有个列表，上面列举着所有应该检查的目录，我们顺藤摸瓜，一个一个找，肯定能找到"

"那万一找不到咋办？"

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

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

我后来才知道，我的全名其实叫做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，这种感觉极为不爽。

"走，去虚拟机" ，Classloader还是冷冰冰的。

这哥俩不容我带任何东西，便把我推上车，飞奔向我没听说过的“虚拟机”。

第二回刺探信息

我感到前途未卜，但也不能坐以待毙，一定得多了解信息。

"大哥，你叫什么名字"，我看小个子还算和气。

"我就是大名鼎鼎的文件验证器了，能管很多事"

"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下子就压低了：

"你不知道，说来话长，我们之前出现过事故，有个黑客写了个类java.lang.String, 和我们老板手下有一个干活最卖力的员工名字一模一样，

只是这个黑客类里边竟然有格式化硬盘的代码，

我们的小兵Classloader不明就里，就把这个黑客类给先装载了，也执行了，最后的结果，唉，很惨的... "

"那后来怎么办？"

"后来我们老板就定下了规矩：他的骨干员工像String, ArrayList等只能由他自己的心腹去装载，我听说老板的心腹都是分层级的，像传销一样，每个都有上线，最顶层的叫Bootstrap Classloader ,下一次级叫Extension Classloader，现在开车的这位其实叫App Classloader，位于最底层，

咱这位Classloader在装载一个类之前，

一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，才由我们这些小兵来出马。“

"这能避免黑客攻击？"

"能啊！你想想，那个黑客写了个攻击的java.lang.String, 我们在装载之前，肯定要请示Extension, Bootstrap这些大爷先来装载，

由于String是老板的核心员工，肯定会他们先装载啊，这些大爷把String 直接就给我们了，我们就不会装载黑客类了"

“你能不能少说两句”Classloader 似乎生气了。

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，这家伙在车上把我全部的字节码都要了过去，对这些天书一般的东西一遍一遍的检查分析，

确保每个指令都是正确的，检查是不是有超类，是不是覆盖了final方法，跳转指令是不是正确....

第三回初识虚拟机

很快我们就来到了目的地，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，轻松的把我带到了我的位置，上面写着我的名字“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？”

"只有极少情况会坐满，一旦满了，那时候会抛出异常，我们就完蛋了。你自己好自为之吧，再见 "

他们把我安顿好就立刻离开了。

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，可以他的电话似乎一直没断过，嘴里一直说着什么store, load之类我听不懂但是似乎有点熟悉的话。

正无聊着呢，我桌子上的电话也响了，电脑屏幕也亮了，我看到一个人对我笑着说：

"你好，我刚刚new出来的Account对象，我的编号是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，我在一个叫做堆的地方，有空找我玩啊， byebye ”，说完就消失了。

果然没多久，视频电话又响了。

这次我看到一个人站在一个明亮的车间里，抱着一个包裹，他按了一个按钮，面前立刻升起一个工作台，台子上立了一个有很多抽屉的柜子，每个抽屉上都有一个编号，旁边还有一个深桶。

（后来我就知道，那个柜子的学名叫做局部变量区，那个桶叫做操作数栈）

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的同学可以回复“我是一个线程”查看）

我一看，我的第二个方法是add :

public void add(intx , int y ){

x = x+ y;

.....其他代码略....

}

(码农翻身注：Account类当然看不到这些源码，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"

于是他就操作柜子上的机械手把0号抽屉的一个数30扔到到了工作台上的一个桶里，这个桶很窄，没法并排放两个数，但是很深。

然后0x3704说 “下一条指令”

"iload_1"

于是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“

于是他就把两个数从桶里取了出来，做了个飞快的动作，这两个数变成了一个数 70 ！，然后他又把70 放到了桶里。

“下一条指令”

"istore_0"

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

我看的目瞪口呆，这厮是在干嘛???

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难得的悠闲，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，就像我一样，你可能不知道，我们这个虚拟机叫做基于堆栈的虚拟机，看到那个桶没有，其实就是个先进后出的栈啊，

我们虚拟机的所有指令其实都是在对栈进行操作"

可是我还是好奇： “这栈有什么好啊”

旁边的格子间的java.util.Stack立刻说：

"这事儿你得问我啊，怎么说呢，主要是为了简单，你看我们只用一个简单的桶，奥对了，栈，就能完成所有的工作，你做要的就是往栈里扔东西（入栈），

然后从最上面拿东西（出栈）就行了。不像intel 的CPU, 搞了巨多的桶，每个桶只能容纳一个数，他们还美名其曰寄存器，做加法的时候，先把一个数放到第一个桶，

再把另外一个数放到第二个桶，加起来以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。"

"可是我们的栈操作起来就麻烦了啊，你看一个简单的加法都得操作半天" ，我不依不饶。

"我们的指令可以优化啊，不过这我也不太懂"

这个游戏我整整完了一天，没有线程找我的时候，我就闲着， String说得对，熟练以后简直太简单了。

String 就不一样了，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作台，而是一摞子工作台，也是一个压一个，线程们都很老实，永远在最上面那个工作，从来不会先干下面的活。

我问java.util.Stack:"这些工作台也是栈吧"

"猜的不错，学名叫Java栈，每个线程都有一个，其中的每个工作台你看过了，学名叫栈帧，知道不？每个台子都代表一个方法调用，这一摞工作台就方法调用方法导致的啊 "

确实是，因为我发现一旦调用新方法，立刻就会形成一个新的工作台，压在老的上面。方法调用完成后，栈顶的工作台就被销毁了，线程会在底下的工作台继续机械的干活。

第四回快乐假期

第二天， 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，万一你被重新装载了，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突然好像凝固了一样，不动了。

只听到String欢呼：“遇到断点了，码农开始调试了，我们放假了！”

"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，由于我们的时间比他们快的多，他们的一秒，简直就是我们的10几天，走，出去玩去"

"出去玩？能上哪儿玩”我觉得这里无聊透顶。

"找我们new出来的对象玩去"

我想到了之前联系过我的对象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 的对象当然最多，Stirng类左右逢源，不停的打招呼，从我创建出来的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。

“这是在干嘛啊” 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"

"他很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，如果不清理，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？”我心里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，如果对象被使用，计数就会增加，不用的时候就会减少，如果是0 ，那就可能被清理了。"

"那我们会被清理掉吗？"我担心的问

String类神秘的笑了下： "我应该不会，但是你是有可能的"

我当然明白了，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我的家了。

果然，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，我刚回到自己的工作间，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，发现还是躺在自家床上，我是做了一场梦吗？

可是过去的记忆如此的真切，到底是怎么回事？

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

探索一下吧，唉，大部分人都非常无趣，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\下也有个一模一样的目录com\mytaobao\domain，关键是里边竟然有个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，经过调试后被发现，然后Fix了！

(全文完）

章原文 : https://mp.weixin.qq.com/s/SsctgcbwhCRbxTnbaZyx_A

公众号 : 码农翻身

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