从未有人把JVM原理讲的这么详细

小梁同学
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**JVM原理

1.简述 JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,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。由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域等组成。JVM屏蔽了与操作系统平台相关的信息,使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可在多种平台上不加修改的运行。JVM在执行字节码时,实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

2.JRE、JDK和JVM的关系 JRE( JavaRuntimeEnvironment,Java运行环境):是Java平台,所有的程序都要在JRE下才能够运行。包括JVM和Java核心类库和支持文件。

JDK( Java Development Kit ,Java开发工具包):是用来编译、调试Java程序的开发工具包。包括Java工具(javac/java/jdb等)和Java基础的类库(java API )。

JVM( Java Virtual Machine ,Java虚拟机负责执行符合规范的Class文件):是JRE的一部分,一个虚构出来的计算机,它支持跨平台。

3.JVM原理

(1)JVM的基本概念

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。

(2)JVM启动流程

JVM的启动分为以下4步:

加载配置(从当前路径或者系统中寻找jvm.cfg)。 根据配置寻找jvm.dll(JVM的主要实现)。 初始化JVM获取JNIEnv接口(这个是JVM接口,findClass等操作通过它实现)。 找到main方法并执行。

(3)JVM内存结构

1)类装载子系统(Class Loader)

类加载器(Class Loader)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。

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)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。

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。

4)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。

注意:

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这种内存溢出错误将不会出现在JDK1.8中)。

5)Java栈(JVM Stack)

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。

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。

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。

6)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。

7)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。

8)执行引擎(Execution Engine)

执行引擎执行包在装载类的方法中的指令,也就是方法。执行引擎以指令为单位读取Java字节码。它就像一个CPU一样,一条一条地执行机器指令。每个字节码指令都由一个1字节的操作码和附加的操作数组成。执行引擎取得一个操作码,然后根据操作数来执行任务,完成后就继续执行下一条操作码。

4 JVM垃圾回收

垃圾回收就是回收内存中不再使用的对象。所谓使用中的对象(已引用对象),指的是程序中有指针指向的对象。而未使用中的对象(未引用对象),则没有被任何指针给指向,因此占用的内存也可以被回收掉。

垃圾回收基本步骤分两步:

查找内存中不再使用的对象(GC判断策略)。 释放这些对象占用的内存(GC收集算法)。

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