Java必知必会:JVM是啥

一、什么是JVMJVM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 。
Java语言的一个非常重要的特点就是平台无关性 。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键 。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码 。而引入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 。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行 。这就是Java的能够“一次编译,到处运行”的原因 。
二、JVM总体概述JVM总体上是由类装载子系统(ClassLoader)、运行时数据区、执行引擎、垃圾收集这四个部分组成 。其中我们最为关注的运行时数据区,也就是JVM的内存部分则是由方法区(Method Area)、JAVA堆(Java Heap)、虚拟机栈(JVM Stack)、程序计数器、本地方法栈(Native Method Stack)这几部分组成 。
三、JVM体系结构

Java必知必会:JVM是啥

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3.1 类装载子系统
Class Loader类加载器负责加载.class文件,class文件在文件开头有特定的文件标示,并且ClassLoader负责class文件的加载等,至于它是否可以运行,则由Execution Engine决定 。
3.2 运行时数据区
栈管运行,堆管存储 。JVM调优主要是优化Java堆和方法区 。
3.2.1 方法区(Method Area)
方法区是各线程共享的内存区域,它用于存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、运行时常量池等数据 。
3.2.2 Java堆(Java Heap)
Java堆是各线程共享的内存区域,在JVM启动时创建,这块区域是JVM中最大的,用于存储应用的对象和数组,也是GC主要的回收区,一个 JVM 实例只存在一个堆内存,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:新生代、老年代、永久代 。
说明:
  • Jdk1.6及之前:常量池分配在永久代。
  • Jdk1.7:有,但已经逐步“去永久代”。
  • Jdk1.8及之后:无永久代,改用元空间代替(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,这种错误将不会出现在JDK1.8中) 。
3.2.3 Java栈(JVM Stack)
  1. 栈是什么
Java栈是线程私有的,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 。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 。
  1. 栈存储什么
每个方法执行的时候都会创建一个栈帧,栈帧中主要存储3类数据:
  • 局部变量表:输入参数和输出参数以及方法内的变量;
  • 栈操作:记录出栈和入栈的操作;
  • 栈帧数据:包括类文件、方法等等 。
  1. 栈运行原理
栈中的数据都是以栈帧的格式存在,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 。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栈中从入栈到出栈的过程 。
Java必知必会:JVM是啥

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  1. 本地方法栈(Native Method Stack)
本地方法栈和JVM栈发挥的作用非常相似,也是线程私有的,区别是JVM栈为JVM执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈为JVM使用到的Native方法服务 。它的具体做法是在本地方法栈中登记native方法,在执行引擎执行时加载Native Liberies.有的虚拟机(比如Sun Hotpot)直接把两者合二为一 。
  1. 程序计数器(Program Counter Register)
程序计数器是一块非常小的内存空间,几乎可以忽略不计,每个线程都有一个程序计算器,是线程私有的,可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器,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 。
  1. 运行时常量池
【Java必知必会:JVM是啥】运行时常量池是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中 。相较于Class文件常量池,运行时常量池更具动态性,在运行期间也可以将新的变量放入常量池中,而不是一定要在编译时确定的常量才能放入 。最主要的运用便是String类的intern()方法 。


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