JVM（Java 虛擬機）算是面試必問的問題的了，而但凡問 JVM 一定會問的第一個問題就是：講一講 JVM 的組成？那本文就注重講一下 JVM 的組成。

首先來說 JVM 的組成分為，整體組成部分和運行時數(shù)據(jù)區(qū)組成部分，一般開發(fā)者關(guān)注的和面試官問的都是后者，但本文會詳細講解以上兩個組成部分。

一、JVM 整體組成

JVM 整體組成可分為以下四個部分：

類加載器（ClassLoader）

運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）

執(zhí)行引擎（Execution Engine）

本地庫接口（Native Interface）

各個組成部分的用途：

程序在執(zhí)行之前先要把java代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼（class文件），jvm首先需要把字節(jié)碼通過一定的方式 類加載器（ClassLoader） 把文件加載到內(nèi)存中 運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area） ，而字節(jié)碼文件是jvm的一套指令集規(guī)范，并不能直接交個底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器 執(zhí)行引擎（Execution Engine） 將字節(jié)碼翻譯成底層系統(tǒng)指令再交由CPU去執(zhí)行，而這個過程中需要調(diào)用其他語言的接口 本地庫接口（Native Interface）來實現(xiàn)整個程序的功能，這就是這4個主要組成部分的職責與功能。

而我們通常所說的jvm組成指的是運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area），因為通常需要程序員調(diào)試分析的區(qū)域就是“運行時數(shù)據(jù)區(qū)”，或者更具體的來說就是“運行時數(shù)據(jù)區(qū)”里面的Heap（堆）模塊，那接下來我們來看運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）是由哪些模塊組成的。

二、運行時數(shù)據(jù)區(qū)組成

jvm的運行時數(shù)據(jù)區(qū)，不同虛擬機實現(xiàn)可能略微有所不同，但都會遵從Java虛擬機規(guī)范，Java 8 虛擬機規(guī)范規(guī)定，Java虛擬機所管理的內(nèi)存將會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域：

程序計數(shù)器（Program Counter Register）

Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）

本地方法棧（Native Method Stack）

Java堆（Java Heap）

方法區(qū)（Methed Area）

接下來我們分別介紹每個區(qū)域的用途。

①、Java程序計數(shù)器

程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里，字節(jié)碼解析器的工作是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。

特性：內(nèi)存私有

由于jvm的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，也就是任何時刻，一個處理器（或者說一個內(nèi)核）都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每個線程都有獨立的程序計數(shù)器。

異常規(guī)定：無

如果線程正在執(zhí)行Java中的方法，程序計數(shù)器記錄的就是正在執(zhí)行虛擬機字節(jié)碼指令的地址，如果是Native方法，這個計數(shù)器就為空（undefined），因此該內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定OutOfMemoryError的區(qū)域。

②、Java虛擬機棧

Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個線幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息，每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，都對應(yīng)著一個線幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

特性：內(nèi)存私有，它的生命周期和線程相同。

異常規(guī)定：StackOverflowError、OutOfMemoryError

1、如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的棧深度就會拋出StackOverflowError異常。

2、如果虛擬機是可以動態(tài)擴展的，如果擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存就會拋出OutOfMemoryError異常。

③、本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧的作用是一樣的，只不過虛擬機棧是服務(wù)Java方法的，而本地方法棧是為虛擬機調(diào)用Native方法服務(wù)的。

在Java虛擬機規(guī)范中對于本地方法棧沒有特殊的要求，虛擬機可以自由的實現(xiàn)它，因此在Sun HotSpot虛擬機直接把本地方法棧和虛擬機棧合二為一了。

特性和異常： 同虛擬機棧，請參考上面知識點。

④、Java堆

Java堆（Java Heap）是Java虛擬機中內(nèi)存最大的一塊，是被所有線程共享的，在虛擬機啟動時候創(chuàng)建，Java堆唯一的目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存，隨著JIT編譯器的發(fā)展和逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟，棧上分配、標量替換優(yōu)化的技術(shù)將會導(dǎo)致一些微妙的變化，所有的對象都分配在堆上漸漸變得不那么“絕對”了。

特性：內(nèi)存共享

異常規(guī)定：OutOfMemoryError

如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆不可以再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError。

Java虛擬機規(guī)范規(guī)定，Java堆可以處在物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上連續(xù)即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)上也可以是固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是可擴展的，通過-Xmx和-Xms控制。

⑤、方法區(qū)

方法區(qū)（Methed Area）用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

誤區(qū)：方法區(qū)不等于永生代

很多人原因把方法區(qū)稱作“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價，只是HotSpot虛擬機垃圾回收器團隊把GC分代收集擴展到了方法區(qū)，或者說是用來永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣能省去專門為方法區(qū)編寫內(nèi)存管理的代碼，但是在Jdk8也移除了“永久代”，使用Native Memory來實現(xiàn)方法區(qū)。

特性：內(nèi)存共享

異常規(guī)定：OutOfMemoryError

當方法無法滿足內(nèi)存分配需求時會拋出OutOfMemoryError異常。

三、擴展知識

本節(jié)將擴展一些和內(nèi)存分配有關(guān)的知識。

運行時常量池

運行時常量池是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table）用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分在類加載后進入方法區(qū)的運行是常量池中，如String類的intern()方法。

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，但這部分內(nèi)存也會被頻繁的使用，而且可能導(dǎo)致OutOfMemoryError。在JDK 1.4中新加入了NIO類，引入了一種基于Channel與緩沖區(qū)Buffer的IO方式，它通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用操作，它因此更高效，它避免了Java堆和Native堆來回交換數(shù)據(jù)的時間。

注意 ：直接內(nèi)存分配不會受到Java堆大小的限制，但是受到本機總內(nèi)存大小限制，在設(shè)置虛擬機參數(shù)的時候，不能忽略直接內(nèi)存，把實際內(nèi)存設(shè)置為-Xmx，使得內(nèi)存區(qū)域的總和大于物理內(nèi)存的限制，從而導(dǎo)致動態(tài)擴展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

四、總結(jié)

本文講了jvm的主要組成部分，以及組成部分中最重要的運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）的構(gòu)成，其中程序計數(shù)器、虛擬機棧和本地方法為私有內(nèi)存，會隨著線程而生，隨著線程而滅，而Java堆作為最大的內(nèi)存區(qū)域?qū)⑹情_發(fā)人員重點關(guān)注的內(nèi)存區(qū)域，還有方法區(qū)以及運行時常量區(qū)與永生代的關(guān)系，最后講了直接內(nèi)存的實現(xiàn)過程已經(jīng)使用時需要主要的點，希望能夠幫助大家更好的理解jvm。

五、參考資料

《深入理解Java虛擬機》

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的经典面试题|讲一讲JVM的组成的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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