JVM

 

 

(1) Native Method Stack本地方法栈

它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies。

(2) PC Register程序计数器

每个线程都有一个程序计算器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。

(3) Method Area方法区

方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间。

静态变量+常量+类信息+运行时常量池存在方法区中，实例变量存在堆内存中。

(4) Stack 栈

① 栈是什么

栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。

基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。

② 栈存储什么？

栈帧中主要保存3类数据：

本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量；

栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈的操作；

栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等等。

③ 栈运行原理

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，B方法又调用了C方法，于是产生栈帧F3也被压入栈…… 依次执行完毕后，先弹出后进......F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧。

遵循“先进后出”/“后进先出”原则。

(5) Heap 堆

堆这块区域是JVM中最大的，应用的对象和数据都是存在这个区域，这块区域也是线程共享的，也是 gc 主要的回收区，一个 JVM 实例只存在一个堆类存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：

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内存空间：

JVM内存空间包含：方法区、java堆、java栈、本地方法栈。

方法区是各个线程共享的区域，存放类信息、常量、静态变量。

java堆也是线程共享的区域，我们的类的实例就放在这个区域，可以想象你的一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了，程序会抛出OutOfMemoryError异常。

java栈是每个线程私有的区域，它的生命周期与线程相同，一个线程对应一个java栈，每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈，这里面有很多细节，我们以后再讲。如果java栈空间不足了，程序会抛出StackOverflowError异常，想一想什么情况下会容易产生这个错误，对，递归，递归如果深度很深，就会执行大量的方法，方法越多java栈的占用空间越大。

本地方法栈角色和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。

PC寄存器，说到这里我们的类已经加载了，实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方，那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管，它的作用就是控制程序指令的执行顺序。

执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指令。

 

 

一 jvm结构

jvm的内部结构如下图所示，这张图很清楚形象的描绘了整个JVM的内部结构，以及各个部分之间的交互和作用。

 

1 Class Loader（类加载器）就是将Class文件加载到内存，再说的详细一点就是，把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是类加载器的作用。

2 Run Data Area（运行时数据区） 就是我们常说的JVM管理的内存了，也是我们这里主要讨论的部分。运行数据区是整个JVM的重点。我们所有写的程序都被加载到这里，之后才开始运行。这部分也是我们这里将要讨论的重点。

3 Execution engine（执行引擎） 是Java虚拟机最核心的组成部分之一。执行引擎用于执行指令，不同的java虚拟机内部实现中，执行引擎在执行Java代码的时候可能有解释执行（解释器执行）和编译执行（通过即时编译器产生本地代码执行，例如BEA JRockit），也有可能两者兼备。任何JVM specification实现(JDK)的核心都是Execution engine，不同的JDK例如Sun 的JDK 和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Execution engine的好坏。

4 Native interface 与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候，就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现JVM无法控制的native heap OutOfMemory。

二 Run Data Area（运行时数据区）

数据	描述
Program Counter Register	程序计数器，线程私有、指向下一条要很执行的指令
Java Stack	Java虚拟机栈，线程私有，生命周期与线程相同。描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口
Native Method Stack	为虚拟机使用到的Native 方法服务
Heap	线程共享，由于现在收集器基本采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分：新生代和老生代；更细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，是垃圾收集器管理的主要区域
Method Area	方法区，别名叫做非堆(Non-Heap)，线程共享的内存区域。目的是与Java堆区分开来，存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。 方法区存放的信息包括： A 类的基本信息：  1.每个类的全限定名  2.每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换)  3.该类是类还是接口  4.该类型的访问修饰符  5.直接超接口的全限定名的有序列表  B 已装载类的详细信息  1.运行时常量池：在方法区中，每个类型都对应一个常量池，存放该类型所用到的所有常量，常量池中存储了诸如文字字符串、final变量值、类名和方法名常量。它们以数组形式通过索引被访 问，是外部调用与类联系及类型对象化的桥梁。（存的可能是个普通的字符串，然后经过常量池解析，则变成指向某个类的引用） 2.字段信息：字段信息存放类中声明的每一个字段的信息，包括字段的名、类型、修饰符。字段名称指的是类或接口的实例变量或类变量，字段的描述符是一个指示字段的类型的字符串，如private A a=null;则a为字段名，A为描述符，private为修饰符。 3.方法信息：类中声明的每一个方法的信息，包括方法名、返回值类型、参数类型、修饰符、异常、方法的字节码。(在编译的时候，就已经将方法的局部变量、操作数栈大小等确定并存放在字节码中，在装载的时候，随着类一起装入方法区。) 4.静态变量：就是类变量，类的所有实例都共享，我们只需知道，在方法区有个静态区，静态区专门存放静态变量和静态块。  5.到类classloader的引用：到该类的类装载器的引用。  6.到类class 的引用：jvm为每个加载的类型(译者：包括类和接口)都创建一个java.lang.Class的实例。而jvm必须以某种方式把Class的这个实例和存储在方法区中的类型数据联系起来。

 

三 jmm

Java内存模型(Java Memory Model，JMM)JMM主要是为了规定了线程和内存之间的一些关系。根据JMM的设计，系统存在一个主内存(Main Memory)，Java中所有变量都储存在主存中，对于所有线程都是共享的。每条线程都有自己的工作内存(Working Memory)，工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝，线程对所有变量的操作都是在工作内存中进行，线程之间无法相互直接访问，变量传递均需要通过主存完成。

 

四 jvm和jmm之间的关系

jmm中的主内存、工作内存与jvm中的Java堆、栈、方法区等并不是同一个层次的内存划分，这两者基本上是没有关系的，如果两者一定要勉强对应起来，那从变量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。从更低层次上说，主内存就直接对应于物理硬件的内存，而为了获取更好的运行速度，虚拟机（甚至是硬件系统本身的优化措施）可能会让工作内存优先存储于寄存器和高速缓存中，因为程序运行时主要访问读写的是工作内存。

 

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