慢慢琢磨JVM
1 JVM簡介
JVM是我們Javaer的最基本功底了，剛開始學Java的時候，一般都是從“Hello World”開始的，然后會寫個復雜點class，然后再找一些開源框架，比如Spring，Hibernate等等，再然后就開發企業級的應用，比如網站、企業內部應用、實時交易系統等等，直到某一天突然發現做的系統咋就這么慢呢，而且時不時還來個內存溢出什么的，今天是交易系統報了StackOverflowError，明天是網站系統報了個OutOfMemoryError，這種錯誤又很難重現，只有分析Javacore和dump文件，運氣好點還能分析出個結果，運行遭的點，就直接去廟里燒香吧！每天接客戶的電話都是戰戰兢兢的，生怕再出什么幺蛾子了。我想Java做的久一點的都有這樣的經歷，那這些問題的最終根結是在哪呢？——?JVM。
JVM全稱是Java VirtualMachine，Java虛擬機，也就是在計算機上再虛擬一個計算機，這和我們使用?VMWare不一樣，那個虛擬的東西你是可以看到的，這個JVM你是看不到的，它存在內存中。我們知道計算機的基本構成是：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備，那這個JVM也是有這成套的元素，運算器是當然是交給硬件CPU還處理了，只是為了適應“一次編譯，隨處運行”的情況，需要做一個翻譯動作，于是就用了JVM自己的命令集，這與匯編的命令集有點類似，每一種匯編命令集針對一個系列的CPU，比如8086系列的匯編也是可以用在8088上的，但是就不能跑在8051上，而JVM的命令集則是可以到處運行的，因為JVM做了翻譯，根據不同的CPU，翻譯成不同的機器語言。
JVM中我們最需要深入理解的就是它的存儲部分，存儲？硬盤？NO，NO，?JVM是一個內存中的虛擬機，那它的存儲就是內存了，我們寫的所有類、常量、變量、方法都在內存中，這決定著我們程序運行的是否健壯、是否高效，接下來的部分就是重點介紹之。
2 JVM的組成部分
我們先把JVM這個虛擬機畫出來，如下圖所示：
從這個圖中可以看到，JVM是運行在操作系統之上的，它與硬件沒有直接的交互。我們再來看下JVM有哪些組成部分，如下圖所示：
?該圖參考了網上廣為流傳的JVM構成圖，大家看這個圖，整個JVM分為四部分：
q??Class Loader?類加載器
類加載器的作用是加載類文件到內存，比如編寫一個HelloWord.java程序，然后通過javac編譯成class文件，那怎么才能加載到內存中被執行呢？Class Loader承擔的就是這個責任，那不可能隨便建立一個.class文件就能被加載的，Class Loader加載的class文件是有格式要求，在《JVM Specification》中式這樣定義Class文件的結構：
????ClassFile {
??????u4 magic;
??????u2 minor_version;
??????u2 major_version;
??????u2 constant_pool_count;
??????cp_infoconstant_pool[constant_pool_count-1];
??????u2 access_flags;
??????u2 this_class;
??????u2 super_class;
??????u2 interfaces_count;
??????u2 interfaces[interfaces_count];
??????u2 fields_count;
??????field_info fields[fields_count];
??????u2 methods_count;
??????method_info methods[methods_count];
??????u2 attributes_count;
??????attribute_infoattributes[attributes_count];
????}
需要詳細了解的話，可以仔細閱讀《JVM Specification》的第四章“The class File Format”，這里不再詳細說明。
友情提示：Class Loader只管加載，只要符合文件結構就加載，至于說能不能運行，則不是它負責的，那是由Execution Engine負責的。
q??Execution Engine?執行引擎
執行引擎也叫做解釋器(Interpreter)，負責解釋命令，提交操作系統執行。
q??Native Interface本地接口
本地接口的作用是融合不同的編程語言為Java所用，它的初衷是融合C/C++程序，Java誕生的時候是C/C++橫行的時候，要想立足，必須有一個聰明的、睿智的調用C/C++程序，于是就在內存中專門開辟了一塊區域處理標記為native的代碼，它的具體做法是Native Method Stack中登記native方法，在Execution Engine執行時加載native libraies。目前該方法使用的是越來越少了，除非是與硬件有關的應用，比如通過Java程序驅動打印機，或者Java系統管理生產設備，在企業級應用中已經比較少見，因為現在的異構領域間的通信很發達，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介紹。
q??Runtime data area運行數據區
運行數據區是整個JVM的重點。我們所有寫的程序都被加載到這里，之后才開始運行，Java生態系統如此的繁榮，得益于該區域的優良自治，下一章節詳細介紹之。
?
整個JVM框架由加載器加載文件，然后執行器在內存中處理數據，需要與異構系統交互是可以通過本地接口進行，瞧，一個完整的系統誕生了！
2 JVM的內存管理
所有的數據和程序都是在運行數據區存放，它包括以下幾部分：
q??Stack?棧
棧也叫棧內存，是Java程序的運行區，是在線程創建時創建，它的生命期是跟隨線程的生命期，線程結束棧內存也就釋放，對于棧來說不存在垃圾回收問題，只要線程一結束，該棧就Over。問題出來了：棧中存的是那些數據呢？又什么是格式呢？
棧中的數據都是以棧幀（Stack Frame）的格式存在，棧幀是一個內存區塊，是一個數據集，是一個有關方法(Method)和運行期數據的數據集，當一個方法A被調用時就產生了一個棧幀F1，并被壓入到棧中，A方法又調用了B方法，于是產生棧幀F2也被壓入棧，執行完畢后，先彈出F2棧幀，再彈出F1棧幀，遵循“先進后出”原則。
那棧幀中到底存在著什么數據呢？棧幀中主要保存3類數據：本地變量（LocalVariables），包括輸入參數和輸出參數以及方法內的變量；棧操作（Operand Stack），記錄出棧、入棧的操作；棧幀數據（FrameData），包括類文件、方法等等。光說比較枯燥，我們畫個圖來理解一下Java棧，如下圖所示：
?圖示在一個棧中有兩個棧幀，棧幀2是最先被調用的方法，先入棧，然后方法2又調用了方法1，棧幀1處于棧頂的位置，棧幀2處于棧底，執行完畢后，依次彈出棧幀1和棧幀2，線程結束，棧釋放。
q??Heap?堆內存
一個JVM實例只存在一個堆類存，堆內存的大小是可以調節的。類加載器讀取了類文件后，需要把類、方法、常變量放到堆內存中，以方便執行器執行，堆內存分為三部分：
Permanent Space?永久存儲區
永久存儲區是一個常駐內存區域，用于存放JDK自身所攜帶的Class,Interface的元數據，也就是說它存儲的是運行環境必須的類信息，被裝載進此區域的數據是不會被垃圾回收器回收掉的，關閉JVM才會釋放此區域所占用的內存。
Young Generation Space?新生區
新生區是類的誕生、成長、消亡的區域，一個類在這里產生，應用，最后被垃圾回收器收集，結束生命。新生區又分為兩部分：伊甸區（Eden space）和幸存者區（Survivor pace），所有的類都是在伊甸區被new出來的。幸存區有兩個：?0區（Survivor 0 space）和1區（Survivor 1 space）。當伊甸園的空間用完時，程序又需要創建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區進行垃圾回收，將伊甸園區中的不再被其他對象所引用的對象進行銷毀。然后將伊甸園中的剩余對象移動到幸存0區。若幸存0區也滿了，再對該區進行垃圾回收，然后移動到1區。那如果1區也滿了呢？再移動到養老區。
Tenure generation space養老區
養老區用于保存從新生區篩選出來的JAVA對象，一般池對象都在這個區域活躍。???三個區的示意圖如下：
?q??Method Area?方法區
方法區是被所有線程共享，該區域保存所有字段和方法字節碼，以及一些特殊方法如構造函數，接口代碼也在此定義。
q??PC Register?程序計數器
每個線程都有一個程序計數器，就是一個指針，指向方法區中的方法字節碼，由執行引擎讀取下一條指令。
q??Native Method Stack?本地方法棧
來自jameswxx 樵夫后院 的博客
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