JVM工作原理

JVM工作原理和特点主要是指操作系统装入JVM，是通过jdk中Java.exe来完成,通过下面4步来完成JVM环境.

1.创建JVM装载环境和配置

2.装载JVM.dll

3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例

4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。

一．JVM装入环境，JVM提供的方式是操作系统的动态连接文件．

既然是文件那就一个装入路径的问题，Java是怎么找这个路径的呢？

当你在调用Java test的时候，操作系统会在path下在你的Java.exe程序，Java.exe就通过下面一个过程来确定JVM的路径和相关的参数配置了．下面基于Windows的实现的分析：

1、首先查找jre路径，Java是通过GetApplicationHome api来获得当前的Java.exe绝对路径，c:\j2sdk1.4.2_09\bin\Java.exe,那么它会截取到绝对路径c:\j2sdk1.4.2_09\，判断c:\j2sdk1.4.2_09\bin\Java.dll文件是否存在，

　　如果存在就把c:\j2sdk1.4.2_09\作为jre路径，

　　如果不存在则判断c:\j2sdk1.4.2_09\jre\bin\Java.dll是否存在，如果存在这c:\j2sdk1.4.2_09\jre作为jre路径．如果不存在调用GetPublicJREHome查HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\JavaSoft\Java Runtime Environment\“当前JRE版本号”\JavaHome的路径为jre路径。(当jvm启动失败的时候可以检查一下classpath和HKEY_LOCAL_MACHINE上的路径是否正确)

2、然后装载JVM.cfg文件JRE路径+\lib+\ARCH（CPU构架）+\JVM.cfg ，ARCH（CPU构架）的判断是通过Java_md.c中GetArch函数判断的，该函数中windows平台只有两种情况：WIN64的‘ia64’，其他情况都为‘i386’。以我的为例：C:\j2sdk1.4.2_09\jre\lib\i386\JVM.cfg.主要的内容如下：

1. -client KNOWN   
2. -server KNOWN   
3. -hotspot ALIASED_TO -client   
4. -classic WARN   
5. -native ERROR   
6. -green ERROR  

在我们的jdk目录中jre\bin\server和jre\bin\client都有JVM.dll文件存在，而Java正是通过JVM.cfg配置文件来管理这些不同版本的JVM.dll的．通过文件我们可以定义目前jdk中支持那些JVM,前面部分（client）是JVM名称，后面是参数，KNOWN表示JVM存在，ALIASED_TO表示给别的JVM取一个别名，WARN表示不存在时找一个JVM替代，ERROR表示不存在抛出异常．

　　在运行Java XXX是，Java.exe会通过CheckJVMType来检查当前的JVM类型，Java可以通过两种参数的方式来指定具体的JVM类型，一种按照JVM.cfg文件中的JVM名称指定，第二种方法是直接指定，它们执行的方法分别是“Java -J”、“Java -XXaltJVM=”或“Java -J-XXaltJVM=”。如果是第一种参数传递方式，CheckJVMType函数会取参数‘-J’后面的JVM名称，然后从已知的JVM配置参数中查找如果找到同名的则去掉该JVM名称前的‘-’直接返回该值；而第二种方法，会直接返回“-XXaltJVM=”或“-J-XXaltJVM=”后面的JVM类型名称；如果在运行Java时未指定上面两种方法中的任一一种参数，CheckJVMType会取配置文件中第一个配置中的JVM名称，去掉名称前面的‘-’返回该值。CheckJVMType函数的这个返回值会在下面的函数中汇同jre路径组合成JVM.dll的绝对路径。如果没有指定这会使用JVM.cfg中第一个定义的JVM.可以通过set _Java_LAUNCHER_DEBUG=1在控制台上测试．

最后获得JVM.dll的路径，JRE路径+\bin+\JVM类型字符串+\JVM.dll就是JVM的文件路径了，但是如果在调用Java程序时用-XXaltJVM=参数指定的路径path,就直接用path+\JVM.dll文件做为JVM.dll的文件路径．

二：装载JVM.dll

通过第一步已经找到了JVM的路径，Java通过LoadJavaVM来装入JVM.dll文件．装入工作很简单就是调用Windows API函数：

LoadLibrary装载JVM.dll动态连接库．然后把JVM.dll中的导出函数JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs挂接到InvocationFunctions变量的CreateJavaVM和GetDefaultJavaVMInitArgs函数指针变量上。JVM.dll的装载工作宣告完成。

三：初始化JVM，获得本地调用接口

这样就可以在Java中调用JVM的函数了．调用InvocationFunctions－>CreateJavaVM也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法获得JNIEnv结构的实例．

四：运行Java程序．

Java程序有两种方式一种是jar包，一种是.class：

运行jar,Java -jar XXX.jar运行的时候，Java.exe调用GetMainClassName函数，该函数先获得JNIEnv实例,然后调用Java类Java.util.jar.JarFileJNIEnv中方法getManifest()并从返回的Manifest对象中取getAttributes("Main-Class")的值即jar包中文件：META-INF/MANIFEST.MF指定的Main-Class的主类名作为运行的主类。之后会调用Java.c中LoadClass方法装载该主类（使用JNIEnv实例的FindClass）。然后调用JNIEnv实例的GetStaticMethodID方法查找装载的class主类中“public static void main(String[] args)”方法，并判断该方法是否为public方法，然后调用JNIEnv实例的CallStaticVoidMethod方法调用该Java类的main方法。

JVM参数

JVM参数是什么
大家照相通常使用手机就够用了，但是针对发烧友来说会使用更专业的设备，比如单反相机，在单反里有好几个模式，P/A/S/M，其中P是傻瓜模式，程序会自动根据环境设置快门速度和光圈大小，以得到相对合适的曝光效果。A档是光圈优先，用户可以自己设置光圈大小，快门速度等都交给相机程序来决定，类似半自动化的模式。S档是快门优先模式，和A档类似，只是用户可以设置快门速度。最后一个模式是M档，这是纯手动模式，由用户自己来调整快门速度，光圈大小等，这个对人的要求就会很高，但是很多专家往往都会选择M档来拍摄自己的作品。

可以把JVM想象成相机，JVM参数想象成光圈大小，快门速度之类的参数值，这些参数对程序的运行会影响挺大。

java程序跑在JVM上，JVM会根据环境自动设置一些JVM参数，但是这些参数并不能保证一定是最优的，有些参数在启动的时候就基本设置好了，它们在运行的时候还无法调整。为了让JVM能更好地运行你的程序，还是有必要对JVM参数有一定的理解，知道这些JVM参数分别在什么场景下有效果，起到什么作用，比如我们到底期不期望类可以卸载，是否可以在运行的时候打印一些日志协助我们了解JVM的运行情况，出问题的时候是否可以自动给我们做一些现场数据的保留等，这些都是可以通过JVM参数来设置的。

JVM参数有多少
相机调整的无非就那么几个参数值，那JVM参数到底有多少个呢，大概有1000多个，是不是让你很震惊，没错，确实有这么多。 大家可以到 JVM参数 | PerfMa应用性能技术社区 去看看所有这些JVM参数（注：这是PerfMa社区专门为大家分享JVM参数经验的讨论区），当然我们不一定非得对每个JVM参数要了解清楚，但是对一些常见的，有助于性能调优的JVM参数还是有必要了解一下的。

JVM参数通常设置的位置
我们启动一个java程序很简单，命令类似如下

java Main
我们都知道上面的Main是程序的启动类，JVM执行的时候会找到这个Main类里的如下签名的函数

Public static void main(String args[])
那这里函数的参数args怎么传进来的呢？我们通过在启动命令的主类后面加上相关的参数，参数之间用空格分开，JVM会自动将这些参数作为args的组成部分传进来，比如

java Main arg1 arg2
这样，args这个数组里自动会填充arg1和arg2两个元素，这样在你的程序里就可以使用这些参数了

我们把arg1和arg2这些叫做程序参数，但是和我们课程相关的并不是程序参数，而是JVM参数，那JVM参数放到哪里呢？JVM参数都是放在主类之前，java命令之后，比如

java -Xmx100M Main arg1 arg2
这里的-Xmx100M其实就是JVM参数，所以所有的JVM参数都是放在这个位置的，如果不是这个位置，那你设置的JVM参数将会是无效的，如果参数出现不符合预期的情况，那请第一时间检查的是你JVM参数设置的位置，当然还可能存在一些别的原因导致JVM参数和你设置的情况可能不一致的情况

JVM参数的写法
那JVM参数具体怎么写呢，可以有好几种

“-X” 开头的，比如-Xmx100M
“-XX: ” 开头的，比如-XX:+UseG1GC
“-” 开头的，比如-verbose:gc
其中-X和-开头的通常会被转换为一个或者多个-XX:开头的参数，只是一个简化的写法，比如说-Xmx100M，JVM里会自动转化为-XX:MaxHeapSize=100M，-verbose:class会自动转换为-XX:+TraceClassLoading -XX:+TraceClassUnloading

通过Flags参数指定JVM参数文件
如果JVM参数都和源码伴着一起发布的话，如果仅仅修改JVM参数也必须拉个分支提交代码，这不是很友好，有什么好办法呢？

我们可以在启动参数里设置一个参数就好，这个参数类似如下

java -XX:Flags=/home/admin/flags Main arg1 arg2
设置过这个参数之后，我们只要在服务的/home/admin目录下创建flags文件，同时在这个文件里指定所有的JVM参数就可以了，但是对flags文件里的参数写法会有些要求，-X之类的参数不能设置，但是可以用其等价的-XX的参数来替代，比如说-Xmx100M，只能用-XX:MaxHeapSize=100M来取代，同时在文件里不要出现-XX:，只要key=value或许+/-key就可以了，不同的参数之间用换行或者空格分开即可，比如flags文件的内容如下：

MaxHeapSize=8G +UseG1GC
其实等价于

-Xmx8G -XX:+UseG1GC
可以通过加上-XX:+PrintVMOptions可以打印设置过的JVM参数来验证，比如

java -XX:Flags=/home/admin/flags -XX:+PrintVMOptions Main arg1 arg2
通过VMOptionsFile参数来指定JVM参数文件
使用上面的Flags参数可能会比较别扭，因为设置参数和我们正常的写法不太一样，如果我们的JDK版本大于1.8的话，JVM提供了一个更人性化的参数，那就是VMOptionsFile来取代Flags，这也是指定一个文件，这个文件里的JVM参的写法和我们在java命令后写的JVM参数写法完全一样

java -XX:VMOptionsFile=/home/admin/flags Main arg1 arg2
在flags文件里我们可以这么写

-Xmx8G -XX:+UseG1GC
是不是方便了很多呢