1 JVM簡(jiǎn)介

JVM是我們Javaer的最基本功底了，剛開始學(xué)Java的時(shí)候，一般都是從“Hello World”開始的，然后會(huì)寫個(gè)復(fù)雜點(diǎn)class，然后再找一些開源框架，比如Spring，Hibernate等等，再然后就開發(fā)企業(yè)級(jí)的應(yīng)用，比如網(wǎng)站、企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用、實(shí)時(shí)交易系統(tǒng)等等，直到某一天突然發(fā)現(xiàn)做的系統(tǒng)咋就這么慢呢，而且時(shí)不時(shí)還來個(gè)內(nèi)存溢出什么的，今天是交易系統(tǒng)報(bào)了StackOverflowError，明天是網(wǎng)站系統(tǒng)報(bào)了個(gè)OutOfMemoryError，這種錯(cuò)誤又很難重現(xiàn)，只有分析Javacore和dump文件，運(yùn)氣好點(diǎn)還能分析出個(gè)結(jié)果，運(yùn)行遭的點(diǎn)，就直接去廟里燒香吧！每天接客戶的電話都是戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的，生怕再出什么幺蛾子了。我想Java做的久一點(diǎn)的都有這樣的經(jīng)歷，那這些問題的最終根結(jié)是在哪呢？——?JVM。

JVM全稱是Java VirtualMachine，Java虛擬機(jī)，也就是在計(jì)算機(jī)上再虛擬一個(gè)計(jì)算機(jī)，這和我們使用?VMWare不一樣，那個(gè)虛擬的東西你是可以看到的，這個(gè)JVM你是看不到的，它存在內(nèi)存中。我們知道計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成是：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，那這個(gè)JVM也是有這成套的元素，運(yùn)算器是當(dāng)然是交給硬件CPU還處理了，只是為了適應(yīng)“一次編譯，隨處運(yùn)行”的情況，需要做一個(gè)翻譯動(dòng)作，于是就用了JVM自己的命令集，這與匯編的命令集有點(diǎn)類似，每一種匯編命令集針對(duì)一個(gè)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(yùn)行的，因?yàn)镴VM做了翻譯，根據(jù)不同的CPU，翻譯成不同的機(jī)器語(yǔ)言。

JVM中我們最需要深入理解的就是它的存儲(chǔ)部分，存儲(chǔ)？硬盤？NO，NO，?JVM是一個(gè)內(nèi)存中的虛擬機(jī)，那它的存儲(chǔ)就是內(nèi)存了，我們寫的所有類、常量、變量、方法都在內(nèi)存中，這決定著我們程序運(yùn)行的是否健壯、是否高效，接下來的部分就是重點(diǎn)介紹之。

2 JVM的組成部分

我們先把JVM這個(gè)虛擬機(jī)畫出來，如下圖所示：

從這個(gè)圖中可以看到，JVM是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的，它與硬件沒有直接的交互。我們?cè)賮砜聪翵VM有哪些組成部分，如下圖所示：

?該圖參考了網(wǎng)上廣為流傳的JVM構(gòu)成圖，大家看這個(gè)圖，整個(gè)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(nèi)存，比如編寫一個(gè)HelloWord.java程序，然后通過javac編譯成class文件，那怎么才能加載到內(nèi)存中被執(zhí)行呢？Class Loader承擔(dān)的就是這個(gè)責(zé)任，那不可能隨便建立一個(gè).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(jié)構(gòu)：

????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(xì)了解的話，可以仔細(xì)閱讀《JVM Specification》的第四章“The class File Format”，這里不再詳細(xì)說明。

友情提示：Class Loader只管加載，只要符合文件結(jié)構(gòu)就加載，至于說能不能運(yùn)行，則不是它負(fù)責(zé)的，那是由Execution Engine負(fù)責(zé)的。

q??Execution Engine?執(zhí)行引擎

執(zhí)行引擎也叫做解釋器(Interpreter)，負(fù)責(zé)解釋命令，提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。

q??Native Interface本地接口

本地接口的作用是融合不同的編程語(yǔ)言為Java所用，它的初衷是融合C/C++程序，Java誕生的時(shí)候是C/C++橫行的時(shí)候，要想立足，必須有一個(gè)聰明的、睿智的調(diào)用C/C++程序，于是就在內(nèi)存中專門開辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)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(zhí)行時(shí)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(guān)的應(yīng)用，比如通過Java程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，或者Java系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中已經(jīng)比較少見，因?yàn)楝F(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達(dá)，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(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)

運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)是整個(gè)JVM的重點(diǎn)。我們所有寫的程序都被加載到這里，之后才開始運(yùn)行，Java生態(tài)系統(tǒng)如此的繁榮，得益于該區(qū)域的優(yōu)良自治，下一章節(jié)詳細(xì)介紹之。

?

整個(gè)JVM框架由加載器加載文件，然后執(zhí)行器在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，需要與異構(gòu)系統(tǒng)交互是可以通過本地接口進(jìn)行，瞧，一個(gè)完整的系統(tǒng)誕生了！

2 JVM的內(nèi)存管理

所有的數(shù)據(jù)和程序都是在運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)存放，它包括以下幾部分：

q??Stack?棧

棧也叫棧內(nèi)存，是Java程序的運(yùn)行區(qū)，是在線程創(chuàng)建時(shí)創(chuàng)建，它的生命期是跟隨線程的生命期，線程結(jié)束棧內(nèi)存也就釋放，對(duì)于棧來說不存在垃圾回收問題，只要線程一結(jié)束，該棧就Over。問題出來了：棧中存的是那些數(shù)據(jù)呢？又什么是格式呢？

棧中的數(shù)據(jù)都是以棧幀（Stack Frame）的格式存在，棧幀是一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊，是一個(gè)數(shù)據(jù)集，是一個(gè)有關(guān)方法(Method)和運(yùn)行期數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集，當(dāng)一個(gè)方法A被調(diào)用時(shí)就產(chǎn)生了一個(gè)棧幀F(xiàn)1，并被壓入到棧中，A方法又調(diào)用了B方法，于是產(chǎn)生棧幀F(xiàn)2也被壓入棧，執(zhí)行完畢后，先彈出F2棧幀，再?gòu)棾鯢1棧幀，遵循“先進(jìn)后出”原則。

那棧幀中到底存在著什么數(shù)據(jù)呢？棧幀中主要保存3類數(shù)據(jù)：本地變量（LocalVariables），包括輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)以及方法內(nèi)的變量；棧操作（Operand Stack），記錄出棧、入棧的操作；棧幀數(shù)據(jù)（FrameData），包括類文件、方法等等。光說比較枯燥，我們畫個(gè)圖來理解一下Java棧，如下圖所示：

?圖示在一個(gè)棧中有兩個(gè)棧幀，棧幀2是最先被調(diào)用的方法，先入棧，然后方法2又調(diào)用了方法1，棧幀1處于棧頂?shù)奈恢?#xff0c;棧幀2處于棧底，執(zhí)行完畢后，依次彈出棧幀1和棧幀2，線程結(jié)束，棧釋放。

q??Heap?堆內(nèi)存

一個(gè)JVM實(shí)例只存在一個(gè)堆類存，堆內(nèi)存的大小是可以調(diào)節(jié)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(nèi)存中，以方便執(zhí)行器執(zhí)行，堆內(nèi)存分為三部分：

Permanent Space?永久存儲(chǔ)區(qū)

永久存儲(chǔ)區(qū)是一個(gè)常駐內(nèi)存區(qū)域，用于存放JDK自身所攜帶的Class,Interface的元數(shù)據(jù)，也就是說它存儲(chǔ)的是運(yùn)行環(huán)境必須的類信息，被裝載進(jìn)此區(qū)域的數(shù)據(jù)是不會(huì)被垃圾回收器回收掉的，關(guān)閉JVM才會(huì)釋放此區(qū)域所占用的內(nèi)存。

Young Generation Space?新生區(qū)

新生區(qū)是類的誕生、成長(zhǎng)、消亡的區(qū)域，一個(gè)類在這里產(chǎn)生，應(yīng)用，最后被垃圾回收器收集，結(jié)束生命。新生區(qū)又分為兩部分：伊甸區(qū)（Eden space）和幸存者區(qū)（Survivor pace），所有的類都是在伊甸區(qū)被new出來的。幸存區(qū)有兩個(gè)：?0區(qū)（Survivor 0 space）和1區(qū)（Survivor 1 space）。當(dāng)伊甸園的空間用完時(shí)，程序又需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象，JVM的垃圾回收器將對(duì)伊甸園區(qū)進(jìn)行垃圾回收，將伊甸園區(qū)中的不再被其他對(duì)象所引用的對(duì)象進(jìn)行銷毀。然后將伊甸園中的剩余對(duì)象移動(dòng)到幸存0區(qū)。若幸存0區(qū)也滿了，再對(duì)該區(qū)進(jìn)行垃圾回收，然后移動(dòng)到1區(qū)。那如果1區(qū)也滿了呢？再移動(dòng)到養(yǎng)老區(qū)。

Tenure generation space養(yǎng)老區(qū)

養(yǎng)老區(qū)用于保存從新生區(qū)篩選出來的JAVA對(duì)象，一般池對(duì)象都在這個(gè)區(qū)域活躍。???三個(gè)區(qū)的示意圖如下：

?q??Method Area?方法區(qū)

方法區(qū)是被所有線程共享，該區(qū)域保存所有字段和方法字節(jié)碼，以及一些特殊方法如構(gòu)造函數(shù)，接口代碼也在此定義。

q??PC Register?程序計(jì)數(shù)器

每個(gè)線程都有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，就是一個(gè)指針，指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼，由執(zhí)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

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的慢慢琢磨JVM的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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