JVM学习（一）什么是JVM

文章更新时间：2021/08/23

一、初识JVM（虚拟机）

　　JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

　　引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

二、Java为什么是“平台无关的编程语言”？

• Java虚拟机是一个可以执行Java字节码的虚拟机进程。
• Java源文件被编译成能被Java虚拟机执行的字节码文件(.class文件)。
• Java被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。
• Java虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

三、Java内存结构

• 线程共享：方法区、堆
• 线程私有：java栈、本地方法栈、程序计数器

Java堆（Heap）

　　是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动时创建。线程共享，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。

方法区（Method Area）

　　线程共享，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

程序计数器（Program Counter Register）

　　线程私有，是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

JVM栈（JVM Stacks）

　　线程私有，生命周期与线程相同。

　　虚拟机栈描述的是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、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

本地方法栈（Native Method Stacks）

　　线程私有，与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

PS: Native Method就是一个java调用非java代码的接口

简要概括

• 堆【线程共享】 ：对象实例
• 方法区【线程共享】 ：类信息、常量、静态变量、编译后的代码
• 栈 ：局部变量、操作栈、动态链接、方法出口
• 程序计数器 ：字节码的行号指示器
• 本地方法栈 ：JVM使用到的native方法服务（java调用非java代码的接口）

四、JVM的对象分配规则

• 对象优先分配在Eden区【使用空间】，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC【垃圾回收】。
• 大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）。
• 长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器，如果对象经过了1次Minor GC（年轻代收集）那么对象会进入Survivor区，之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1，直到达到阀值对象进入老年区。
• 动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。
• 空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

简要概括如下

• 对象先在Eden区，Eden区空间不够时进行新生代GC
• 大对象和长期存活的对象进入老年代
• JVM为每个对象设置了计数器，经过1次新生代GC则进入幸存者区，达到年龄阈值则进入老年区
• 幸存者区中年龄一致的对象所占内存大小，大于幸存者区空间一半时，则大于等于此年龄的对象全部进入老年代
• 老年代GC通常伴随着一次新生代GC，但不绝对

术语说明

• Young Generation（新生代）：分为：Eden区和Survivor区，Survivor区有分为大小相等的From Space和To Space。
• Old Generation（老年代）： Tenured区，当 Tenured区空间不够时， JVM 会在Tenured区进行 major collection。
• Minor GC：新生代GC，指发生在新生代的垃圾收集动作，因为java对象大多都具备朝生夕死的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
• Major GC：发生老年代的GC，对整个堆进行GC。出现Major GC，经常会伴随至少一次Minor GC（非绝对）。MajorGC的速度一般比minor GC慢10倍以上。
• Full GC：整个虚拟机，包括永久区、新生区和老年区的回收。