JVM(java virual machine)Java虛擬機是Java語言的基礎(chǔ),雖然名稱叫做java虛擬機,但是跟Java語言并沒有強相關(guān),JVM主要提供一種執(zhí)行字節(jié)碼(class文件的載體),很多其他的語言例如python都有基于jvm的實現(xiàn)版本,JVM在很多時候給我們提供了便利,屏蔽了很多細節(jié),尤其是垃圾回收與跨平臺與多線程機制.

JVM的基本結(jié)構(gòu)如下:

它處于連接基本類庫與字節(jié)碼文件和操作系統(tǒng)之間的位置.jvm也是Java語言跨平臺的基礎(chǔ).

Java整個語言體系如圖:

jdk中的jre首先用編譯器講我們編寫的Java文件編譯成class字節(jié)碼文件,然后JVM加載字節(jié)碼文件進行解釋執(zhí)行.不針對特定平臺進行編程,因為每個平臺都應(yīng)該應(yīng)該依賴JVM規(guī)范進行JVM實現(xiàn)．因此抽象出的公共接口暴露給程序調(diào)用的規(guī)范是統(tǒng)一的．

前面也提過，JVM并不認識特定的語言，而是只認識字節(jié)碼文件，JVM規(guī)范對字節(jié)碼文件格式進行嚴(yán)格的控制,這直接關(guān)系到JVM的安全性.依照特定的規(guī)則在執(zhí)行引擎的處理下,JVM完成類加載,將靜態(tài)的類文件映射到虛擬機的運行數(shù)據(jù)環(huán)境.

類加載如下:

到了運行數(shù)據(jù)區(qū),這里就是JVM進行管理的主要內(nèi)存區(qū)域了,這里主要分為6個部分:程序計數(shù)器,虛擬機棧區(qū),本地方法棧區(qū),堆區(qū),方法區(qū),運行時常量池.

主要結(jié)構(gòu)如圖: 接下來分別介紹6個數(shù)據(jù)區(qū)的主要用途:

1. 程序計數(shù)器

程序計數(shù)器占用的大小比較小,每個線程都會創(chuàng)建自己的程序計數(shù)器,當(dāng)然它的生存周期也就跟線程的生存周期保持一直了,它的主要用途是跟蹤程序方法執(zhí)行的路徑,它記錄了當(dāng)前方法執(zhí)行的操作和位置,在進行多線程調(diào)度的時候是需要進行CPU分片的,有了程序計數(shù)器就可以保護線程的執(zhí)行情況,當(dāng)獲得CPU使用權(quán)的時候能夠進行線程恢復(fù).它一般存放的指令為:分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理等指令.如果是不是本地方法,這里存放就是字節(jié)碼指令的地址,如果是本地方法,它的值是undefined.這個區(qū)域通常來說比較小，也是ＪＶＭ唯一沒有規(guī)定OutOfMemoryError的區(qū)域．

2.虛擬機棧區(qū)

　這個區(qū)域也是線程私有的區(qū)域，當(dāng)每個方法進行執(zhí)行的時候都會在棧區(qū)創(chuàng)建棧幀（stack frame）,棧幀一般存放的局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)連接與方法出口等信息．局部變量表存放的方法入口還有在編譯器就確定的基本數(shù)據(jù)類型（long與double類型占用兩個slot，其余占用一個）和引用類型和returnAddress類型(eturnAddress類型會被Java虛擬機的jsr、ret和jsr_w指令所使用。returnAddress類型的值指向一條虛擬機指令的操作碼。與前面介紹的那些數(shù)值類的原生類型不同，returnAddress類型在Java語言之中并不存在相應(yīng)的類型，也無法在程序運行期間更改returnAddress類型的值。)這個區(qū)域確定了兩種異常情況，當(dāng)方法調(diào)用深度超過ＪＶＭ的允許值會拋出StackOverｆｌｏｗ，如果動態(tài)的擴展無法申請到足夠多的內(nèi)存也會拋出OutOfMemoryError,虛擬機規(guī)范并沒要求這個區(qū)域是否可擴展，但大部分實現(xiàn)的虛擬都是可擴展的．

3.本地方法棧

　本地方法棧與虛擬機棧基本一直，主要區(qū)別一個管理的目標(biāo)是字節(jié)碼定義的方法棧，本地方法棧管理的是本地方法．這個區(qū)域的規(guī)范并不強制語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給跨平臺提供靈活的選擇性．

4.堆

　這是虛擬機中最大的一塊區(qū)域，也是開發(fā)者所指的ＪＶＭ內(nèi)存的主要含義，不僅僅是因為它所占比例一般最大，更重要的是垃圾回收的目標(biāo)也主要在這個區(qū)域，這個區(qū)按照規(guī)范的定義是存放實例的唯一區(qū)域，但是隨著最新的技術(shù)發(fā)展（ＪＩＴ技術(shù)與逃逸）發(fā)展，對象也不一定在這個區(qū)域存放．這個區(qū)域也是多個線程共享的，因此也會帶來多線程并發(fā)的復(fù)雜性．保持對象的一致性也是控制堆上的對象能夠?qū)Χ鄠€線程保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致．堆上主要存放對象實例和數(shù)組，當(dāng)ＪＶＭ啟動的時候就存在了堆區(qū)域，這與棧區(qū)不太一樣，棧是在方法開始調(diào)用的時候才開始創(chuàng)建．堆中的垃圾回收根據(jù)對象生存周期的不同來進行分代收集，主要的收集算法也有標(biāo)記－清除，復(fù)制－整理，復(fù)制－壓縮等算法，根據(jù)這些算法也有一些串行，并行，甚至并發(fā)的垃圾收集器．在主流hotspot也分為年輕代（可以分為Eden和Survivor）和老年代．這個區(qū)域可以是連續(xù)的內(nèi)存也可以只是邏輯連續(xù)的．

5.方法區(qū)

　這個區(qū)域主要存放被ＪＶＭ加載的類的信息，包括常量，靜態(tài)變量，即時編譯后的代碼，這個區(qū)域垃圾回收效果收益不大但是是必要的．主要的收集對象為常量和需要卸載的類，類的回收機制有特定的要求．，并且十分的嚴(yán)苛．這個區(qū)域別名為Non-heap.在hotspot中使用堆中的永久區(qū)（其他ＪＶＭ實現(xiàn)一般沒所謂的永久區(qū)）來實現(xiàn)方法區(qū)，這樣將垃圾回收器直接覆蓋到了堆中的方法區(qū)（hotspot中的永久區(qū)），省去了專門為永久區(qū)進行垃圾收集的工作，但是這樣增加了堆溢出的風(fēng)險，因此現(xiàn)在jdk逐漸講方法區(qū)移除到堆外．

6.運行時常量池

　屬于方法區(qū)的一個部分，存放Class類編譯器各種能夠確定的字面量和符號引用（和直接引用）．字節(jié)碼格式中一般對其他區(qū)域要求嚴(yán)格，這個區(qū)域是比較寬松的．受到方法區(qū)大小限制，申請不到足夠的內(nèi)存也會拋出OutOfMemoryError異常．

7.堆外內(nèi)存（直接內(nèi)存）

　有些時候我們可以直接使用堆外內(nèi)存，例如jdk1.4引入的java nio就用channel與buffer調(diào)用本地方法在堆外分配內(nèi)存，使用堆上的DirectByteBuffer作為引用進行操作，這樣減少了堆內(nèi)外數(shù)據(jù)交換，提升性能．當(dāng)然這個區(qū)域的大小受到物理內(nèi)存大小限制，申請不夠拋出OutOfMemoryError異常．