JVM（1）——简介

左手的ㄟ右手 2022-08-21 07:59 119阅读 0赞

网上流传着一段挺有意思的话……

> 对于从事C或C++的开发人员来说，他们既是内存管理的最高权力的皇帝，也是最基础的劳动人民，担负着每一个对象生命开始到终结的维护工作，有点光杆司令的赶脚。
> 
> 但对于java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不需要手动维护，也不容易出现内存泄漏和溢出的问题。但是如果不了解JVM，一旦出现问题，你就会变得无从下手……

## 一、JVM ##

Java Virtual Machine（java虚拟机），一种虚构的计算机，通过在实际计算机上模拟各种计算机功能实现的。

JVM结构基本上由三大部分组成：类加载器（ClassLoader subsystem），执行引擎（Execution Engine），内存区（Runtime data areas）。  
![这里写图片描述][20160424153028059]

1、类加载器

在JVM启动或类运行时将需要的class字节码（下图的\*.class文件）加载到JVM中。  
初始类加载器有三个层次：根类、扩展类和系统类加载器。

1）Bootstrap ClassLoader（根类）  
2）Extension ClassLoader  
3）System ClassLoader

2、执行引擎  
负责执行class文件中的指令，得到执行结果。  
本质是执行一个个方法串起来的流程，对应操作系统中的一个java线程。

3、内存区  
在执行引擎执行前、执行中，都需要存储一些东西，这就用到了java的内存管理，他将内存划分为若干区来模拟实际机器上的存储、记录和调度功能模块。

具体的内存管理内容下面再介绍。

## 二、工作原理 ##

java语言的跨平台性离不开JVM的作用，下图是编译执行的简化过程。JVM屏蔽了各个计算机平台相关的软件或硬件之间的差异，使得java不需要再考虑平台不同的问题，直接交给JVM就可以了。

![这里写图片描述][20160424153050356]

## 三、内存区域 ##

在java虚拟机规范中将java运行时数据划分为以下几种：  
![这里写图片描述][20160424153112731]  
1）线程共享

即上图左侧蓝色内容，这两块内容是线程共享的，而不是线程私有的。

## 堆 ##

> 堆是储存对象实例的地方，几乎所有的对象实例都是在这里分配的，是JVM管理对象的核心存储区域。

因为在栈中存储的变量等数据都是随线程或方法结束而消失的，但堆中并不是这样，再加上对象实例一般占用内存也比较大，因此Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，有时也被成为“GC堆”Garbage Collected Heap。

在实际回收的过程中，如果每次回收都将堆中的对象实例“检查”一遍，看是不是需要回收的话，这样效率太慢了，执行起来太费事了。现在流行的分代收集算法就解决了这一问题，大概意思就是划分出不同的“年代”区域，不同的区域内回收的频率不同，如果多次检查一个实例都不需要释放回收，那我们就把他挪到下一个年代中去。

> java堆还可以细分为：新生代和老年代。新生代还可以细分为：Eden、From Survival，To Survival等。详情见下图。

![这里写图片描述][20160424152748199]

## 方法区 ##

方法区用于存储类结构信息，包括类信息、常量、静态变量等。在HotSpot虚拟机中，方法区中为“永久代”。因此，垃圾回收器很少光顾这部分区域，这部分比老年代的回收频率更低。

方法区中比较常用的是运行时常量池（ Runtime Constant Pool），代表运行时每个class文件中的常量表，位于方法区中。

2）其他  
  
内存区域图中的右侧内容，该部分是线程私有的。

## 程序计数器 ##

指示当前线程所执行的字节码的行号，但如果执行的native方法，计数器值为空。  
很多Native方法都是用C语言实现的，通常叫他C栈，直接放入本地方法栈中执行。

## Java虚拟机栈 ##

java栈是线程私有的，每启动一个新线程，java虚拟机就会给他分配一个(以帧为单位的)java栈。他的生命周期和线程相同。执行的操作有两种：压栈和出栈。

## 四、实例分析 ##

补充了这么多理论知识，是时候该来个例子巩固一下了……

public class Person {
    
        private Integer id;
        private String name;
        private String password;
    
        public Person(Integer id, String name, String password) {
            super();
            this.id = id;
            this.name = name;
            this.password = password;
        }
    
        //get和set方法省去
    
    }
    
    //测试类
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
                Test test=new Test();
                int id=1;
                Person p1=new Person(2,"Sherry","123");
                Person p2=new Person(3,"yang","456");
    
                test.change(id);
        }
    
        public void change(int i){
            i=8;
        }
    }

Step1：  
main()方法是程序的入口，当执行完main方法的前两行代码之后，内存中的情况大致如下图所示：

注意：  
图中的“xxx”代表持有引用的地址。  
虽然在上面的内存图中，左侧为堆右侧为栈，但为了更清楚的表示引用关系，这里就把栈画在左侧，堆在右侧。

![这里写图片描述][20160424154215477]

Step2：

执行完第四行代码时

注意：此时test和id的内存块并不会释放，因为对象还未死，或者说引用还在。使用new创建的对象实例保存在堆中，但变量p1、p2在栈中，持有着实例的地址，即图中的“xxx”。

![这里写图片描述][20160424154402338]

Step3：

第五行代码调用change()，此时需要创建一个新的栈帧。当调用结束之后，变量i的内存块和change()方法的栈帧一并消失。

![这里写图片描述][20160424154953393]

## 小结 ##

这篇博客只是对jvm进行了简单的介绍，很多东西只是提了一下，没有深入了解，后续会进行补充和完善。如果哪里理解的不合理，还请交流指正。

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