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(int x , 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）

内容来源：微信公众号－码农翻身