JVM（4）：类的主动使用与被动使用、运行时数据区域内部结构、JVM线程说明、PC寄存器

小鱼儿 2022-09-15 05:47 105阅读 0赞

# 一、类的主动使用与被动使用 #

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

*  类的完整类名必须一致，包括包名。
 *  加载这个类的classLoader(指classLoader实例对象)必须相同。

换句话说，在JVM中，即使这两个类对象(class对象)来源同一个class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。

JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

Java程序对类的使用方式分为:主动使用和被动使用。主动使用，又分为七种情况:：

*  创建类的实例
 *  访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
 *  调用类的静态方法
 *  反射(比如:class.forName ( "com.atguigu. Test") )
 *  初始化一个类的子类
 *  Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
 *  JDK 7开始提供的动态语言支持:java. lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF\_getstatic、REF\_putstatic、REF\_invokestatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。

# 二、运行时数据区域内部结构 #

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内存是非常重要的系统资源，是硬盘和CPU的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。结合JVM虚拟机规范，来探讨一下经典的JVM内存布局。

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每个JVM只有一个Runtime实例。即为运行时环境，相当于内存结构的中间的那个框框：运行时环境。

# 三、JVM中的线程说明 #

线程是一个程序里的运行单元。JVM允许一个应用有多个线程并行的执行。

在Hotspot JVM里，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。当一个Java线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java线程执行终止后，本地线程也会回收。

操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功，它就会调用Java线程中的run ()方法。

如果你使用jconsoe或者是任何一个调试工具，都能看到在后台有许多线程在运行。这些后台线程不包括调用public static void main (string\[\])的main线程以及所有这个main线程自己创建的线程。

这些主要的后台系统线程在Hotspot JVM里主要是以下几个:

*  虚拟机线程：这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点，这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括"stop-the-world"的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销。
 *  周期任务线程：这种线程是时间周期事件的体现(比如中断)，他们一般用于周期性操作的调度执行。
 *  GC线程：这种线程对在JVM里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。
 *  编译线程：这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码。
 *  信号调度线程：这种线程接收信号并发送给JVM，在它内部通过调用适当的方法进行处理。

# 四、程序计数器（PC寄存器）概述 #

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JVM中的程序计数寄存器（Program counter Register)中， Register 的命名源于CPU的寄存器，寄存器存储指令相关的现场信息。CPU只有把数据装载到寄存器才能够运行。

这里，并非是广义上所指的物理寄存器，或许将其翻译为pc计数器（或指令计数器）会更加贴切(也称为程序钩子)，并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的ec寄存器是对物理Pc寄存器的一种抽象模拟。

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*  它是一块很小的内存空间，几乎可以忽略不记。也是运行速度最快的存储区域。
 *  在JVM规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。
 *  任何时间一个线程都只有一个方法在执行，也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址;或者，如果是在执行native方法，则是未指定值（undefned) 。
 *  它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
 *  字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
 *  它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何outOtMemoryError情况的区域。

## PC寄存器的使用举例 ##

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##  解决PC寄存器的两个面试问题 ##

**问题1：**

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**问题2：PC寄存器为什么会被设定为线程私有?**

我们都知道所谓的多线程在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法，CPU会不停地做任务切换，这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢?为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器，这样一来各个线程之间便可以进行独立计算，从而不会出现相互千扰的情况。

由于CPU时间片轮限制，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个处理器或者多核处理器中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。

这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢﹖每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。

**CPU时间片**

CPU时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片。

在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。

但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。

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