JVM概述

比眉伴天荒 2024-03-16 10:49 9阅读 0赞

1、什么是JVM  
JVM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。  
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虚拟机本质上就是一个程序，当它在命令行上启动的时候，就开始执行保存在某字节码文件中的指令。  
Java语言的可移植性正是建立在Java虚拟机的基础上。任何平台只要装有针对于该平台的Java虚拟机，字节码文件（.class）就可以在该平台上运行。这就是“一次编译，多次运行”。

2、JDK、JRE和JVM关系

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JDK = JRE + 开发工具（如编译器javac.exe）  
JRE = JVM + 类库

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Java程序的开发过程为：

1、我们利用 JDK （调用 Java API）编写出 Java 源代码，存储于 .java 文件中  
2、JDK 中的编译器 javac 将 Java 源代码编译成 Java 字节码，存储于 .class 文件中  
3、JRE 加载、验证、执行 Java 字节码  
4、JVM 将字节码解析为机器码并映射到 CPU 指令集或 OS 的系统调用。

[3、JVM的组成结构][3_JVM]

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**JVM包含两个子系统和两个组件**

两个子系统：

*  Class loader(类装载)
 *  Execution engine(执行引擎)

两个组件：

*  Runtime data area(运行时数据区)
 *  Native Interface(本地接口)

#### [4、JVM运行时数据区][4_JVM] ####

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1、程序计数器（PC Register）

作用：记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空。

异常：此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2、虚拟机栈（JVM Stacks）

作用：是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储数据。每一个方法从调用直至执行完成，对应栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

异常：会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryErrror异常。

栈帧（Stack Frame）包含以下几个部分

1、局部变量表：是存放方法参数和局部变量的区域

2、操作栈：是个初始状态为空的桶式结构栈。在方法执行过程中，会有各种指令往栈中写入和提取信息。JVM的执行引擎式基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作栈。i++和++i(字节码指令)

3、动态链接：每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用，目的是支持方法调用过程的动态连接

4、方法返回地址：方法执行有两种退出情况，正常退出和异常退出，两者都将返回至方法当前被调用的位置。方法退出的过程相当于弹出当前栈帧

3、本地方法栈（Native Method Stacks）

作用：与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，为虚拟机使用到的Native方法服务。线程开始调用本地方法时，会进入不再受JVM约束的世界。本地方法可以通过 JNI(Java Native Interface)来访问虚拟机运行时的数据区。

异常：会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

4、方法区（Method Area）

作用：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

异常：当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

垃圾回收：垃圾收集行为在这个区域时比较少出现的，其内存回收目标主要是对常量池的回收和对类型的卸载。JDK8之前，Hotspot中方法区的实现是永久代，JDK8开始使用元空间（Meta Space），以前永久代所有内容的字符串常量移至元空间，元空间直接在本地内存分配。

运行时常量池

1、是方法区的一部分

2、存放编译期生成的各种字面量和符号引用

3、Class文件中除了存有类的版本、字段、方法、接口等描述信息，还有一项是常量池，存有这个类的编译期生成的各种字面量和符合引用，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

为什么废除1.7中永久代？

> 1、移除永久代是为融合Hotspot JVM与JR'ockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代
> 
> 2、现实使用中，由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露，爆出异常 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen
> 
> 3、基于此，将永久区废弃，而改用元空间，改为了使用本地内存空间  
>

5、堆（Heap）

作用：Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

异常：如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6、直接内存（Direct Memory）

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 虚拟机规范中定义的内存区域。

在 JDK 1.4 中新加入了 NIO，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

> 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的，方法区、堆是线程共享的

### **5、方法运行流程**![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM0NDE2MTkx_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][] ###

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