JVM原理-JAVA虚拟机

JVM原理-JAVA虚拟机 一、jvm结构

结构图

JVM包含两个子系统和两个组件

Class loader(类装载子系统)
根据给定的全限定名类名(如：java.lang.Object)来装载class文件到
Runtime data area运行时数据区中的method area方法区中Execution engine(执行引擎)
执行classes中的指令Runtime data area(运行时数据区)
我们常说的JVM的内存Native Interface(本地接口)
与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口运行流程
首先通过编译器把 Java 代码转换成字节码，类加载器（ClassLoader）再把字节码加载到
内存中，将其放在运行时数据区（Runtime data area）的方法区内，而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层 *** 作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能 1、运行时数据区

结构图

程序计数器（Program Counter Register）

当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；

Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

每个方法在执行的同时都会在Java 虚拟机栈中创建一个栈帧（Stack frame）用于存储局部变量表、 *** 作数栈、动态链接、方法出口等信息；

本地方法栈（Native Method Stack）

与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；

Java 堆（Java Heap）

Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；

方法区（Methed Area）

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

1.1、程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器它是一个块较小的内存空间，保存了当前线程正在执行的字节码指令的地址由于JVM的多线程是通过线程轮流切换来分配CPU执行时间的方式实现的，一个CPU只能处理一个线程的业务。线程切换后，程序计数器会记录当前线程执行的字节码指令的地址(行号)，当线程再次分配到CPU时，通过程序计数器记录的行号找到上次字节码执行的地址继续执行。程序计数器是线程私有的，它是JVM中唯一没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

1.2 、Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

JAVA虚拟机是线程私有的，生命周期和线程相同虚拟机栈描述的是JAVA方法执行的内存模型，每个方法执行的时候，会创建一个栈帧（Stack frame）来储存局部变量表、 *** 作数栈、动态链接、方法出口等信息

栈帧

栈帧是虚拟机的单位，一个方法一个栈帧，用来储存局部变量、 *** 作数栈、动态链接、方法出口等信息

局部变量表
用来存储我们临时8个基本数据类型、对象引用地址、returnAddress类型（字节码的指令地址）

*** 作数栈
*** 作数栈就是用来 *** 作的，例如代码中有个 i = 6*6，他在一开始的时候就会进行 *** 作，读取我们的代码，进行计算后再放入局部变量表中去

动态链接
如方法中需要大量计算的，把计算的代码封装成一个add（）方法，当前方法调用add()方法，跳转过去，add()就是动态链接

方法出口
出口正常的话就是return 不正常的话就是抛出异常落

1.3、JAVA堆（Java Heap）

JAVA堆是虚拟机内存最大的一块区域，所有线程共享，虚拟机启动时就创建，用来储存对象实列所有的对象实例和数组都在堆上分配垃圾收集器管理的主要区域，被称为“GC堆”从内存回收的角度来看，JAVA堆可分为新生代和老年代从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区如果堆中没有内存可以完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛OutOfMemoryError异常

1.4、方法区（Methed Area）

方法区是所有线程共享，用于储存已被JVM加载的类信息、常量、静态变量等信息，就是javac编译器编译后的代码数据当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常

1.5 、堆栈的区别 对比JVM堆JVM栈物理地址堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配，所以有各种算法。比如，标记-消除，复制，标记-压缩，分代（即新生代使用复制算法，老年代使用标记——压缩）栈使用的是数据结构中的栈，先进后出的原则，物理地址分配是连续的。所以性能快内存分配堆的内存空间是不连续的，所以分配的内存是在运行期确认的，因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈栈的内存空间是连续的，所以分配的内存大小要在编译期就确认，大小是固定的存放内容堆存放的是对象的实例和数组。更关注的是数据的存储局部变量、 *** 作数栈、动态链接、返回结果 ，更关注的是程序方法的执行程序可见性堆是所有线程共享的，对于整个应用程序都是共享、可见的栈是线程私有的，仅对当前线程可见，生命周期和线程相同 2、Execution engine(执行引擎)

虚拟机核心的组件就是执行引擎，它负责执行虚拟机的字节码，字节码文件只是 JVM 的一套 指令集规范，并不能直接交给底层 *** 作系统去执行，因此需要特定的要JVM字节码执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行

3、类加载器（Class loader）

定义
根据指定全限定名称将class文件加载到JVM内存，转为Class对象 3.1、 四种类加载器

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：用来加载java核心类库，无法被java程序直接引用扩展类加载器(extensions class loader)：用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它用户自定义类加载器：通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现 3.2、类装载的执行过程

加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入验证：检查加载的 class 文件的正确性准备：给类中的静态变量分配内存空间解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，在直接引用直接指向内存中的地址初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作

3.3、双亲委派模型

双亲委派模型工作流程

一个类加载器收到类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器完成。每个类加载器都是如此，只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时（即ClassNotFoundException），子加载器才会尝试自己去加载。

作用

如果没有双亲委派，那么用户是不是可以自己定义一个java.lang.Object的同名类，java.lang.String的同名类，并把它放到ClassPath中,那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证，因此，为什么需要双亲委派模型？防止内存中出现多份同样的字节码

打破双亲委派机制

-打破双亲委派机制则不仅要继承ClassLoader类，还要重写loadClass和findClass方法

4、直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现可以理解为基于物理内存和Java虚拟机内存的中间内存 二、垃圾收集器