JVM 内存结构 -- 什么是JVM学习JVM的好处学习路线（JVM的组成）程序计数器虚拟机栈（栈内存溢出线程运行诊断）

Posted 2022-04-27 CodeJiao

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JVM 内存结构 -- 什么是JVM学习JVM的好处学习路线（JVM的组成）程序计数器虚拟机栈（栈内存溢出线程运行诊断）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

1. JVM JDK 和 JRE
2. 学习JVM的好处
3. 学习路线
4. 程序计数器（用寄存器实现register）
5. 虚拟机栈（线程运行需要的内存空间）
6. 本地方法栈（调用本地方法：C / C++ 写的方法）

1. JVM JDK 和 JRE

1.1 JVM

Java虚拟机（JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译，随处可以运行”的关键所在。

java虚拟机（Java Virtual Machine ）- java程序的运行环境（java二进制字节码的运行环境)

好处：

一次编写，到处运行。
自动内存管理，垃圾回收功能。

1.2 .class字节码文件

在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做字节码（即扩展名为 .class 的⽂件），它不⾯向任何特定的处理器，只⾯向虚拟机。Java 语⾔通过字节码的⽅式，在⼀定程度上解决了传统解释型语⾔执⾏效率低的问题，同时⼜保留了解释型语⾔可移植的特点。所以 Java 程序运⾏时比较⾼效，⽽且，由于字节码并不针对⼀种特定的机器，因此，Java 程序⽆须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运⾏。

1.3 Java 程序从源代码到运行的步骤

HotSpot 是 Java虚拟机的版本。

HotSpot采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法，根据二八定律，消耗大部分系
统资源的只有那一小部分的代码（热点代码），而这也就是JIT所需要编译的部分。JVM
会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化，因此执行的次数越多，
它的速度就越快。JDK 9引入了一种新的编译模式AOT(Ahead of Time 
Compilation)，它是直接将字节码编译成机器码，这样就避免了JIT预热等各方面的
开销。JDK支持分层编译和AOT协作使用。但是 ，AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。

14 JDK 和 JRE

JDK(Java语言开发工具包):

Java SDK (Development Kit)包含：JRE的超集，包含编译器和调试器等用于程序开发的文件

JRE(Java运行环境):

Java Runtime Environment (JRE) 包含：Java虚拟机、库函数、运行Java应用程序和Applet所必须文件

JRE三项主要功能：

加载代码：由class loader 完成；
校验代码：由bytecode verifier 完成；
执行代码：由 runtime interpreter完成。

JDK和JRE的区别和联系：

jdk是jre的超集，是在jre的基础上增加了编译器及其他一些开发工具。
jre就是java运行时环境，包括了jvm和其它一些java核心api，任何一台电脑，只有安装了jre才可以运行java程序。
如果只是要运行JAVA程序，只需要JRE就可以。 JRE通常非常小，也包含了JVM.
如果要开发JAVA程序，就需要安装JDK。

小结：

JDK是Java Development Kit（Java开发工具包），它是功能齐全的Java SDK。它拥有JRE所拥有的一切，还有编译器（javac）和工具（如javadoc和jdb）。它能够创建和编译程序。
JRE 是 Java运行时环境。它是运行已编译 Java 程序所需的所有内容的集合，包括 Java虚拟机（JVM），Java类库，java命令和其他的一些基础构件。但是，它不能用于创建新程序。
如果你只是为了运行一下 Java 程序的话，那么你只需要安装 JRE 就可以了。如果你需要进行一些 Java 编程方面的工作，那么你就需要安装JDK了。

2. 学习JVM的好处

面试。
理解底层的实现原理。
中高级程序员的必备技能。

3. 学习路线

4. 程序计数器（用寄存器实现register）

从上⾯的介绍中我们知道程序计数器主要有两个作⽤：

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从⽽实现代码的流程控制，如：顺序执⾏、选择、循环、异常处理。
在多线程的情况下，程序计数器⽤于记录当前线程执⾏的位置，从⽽当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运⾏到哪⼉了。

注意：程序计数器是唯⼀⼀个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的⽣命周期随着线程的创建⽽创建，随着线程的结束⽽死亡。

5. 虚拟机栈（线程运行需要的内存空间）

5.1 说明介绍

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）

每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈。
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存。（1个栈帧就是方法的一次调用）。
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。

说明：

这里演示的情况是方法1调用了方法2，然后方法2调用了方法3。

扩展：那么⽅法 / 函数如何调⽤？

5.2 代码示例

示例代码：

/**
 * 演示栈帧
 */
public class Demo1_1 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        method1();
    

    private static void method1() 
        method2(1, 2);
    

    private static int method2(int a, int b) 
        int c = a + b;
        return c;

debug运行结果：

栈帧里面还包括返回地址，比如method3栈帧执行完后会回到method2栈帧。

5.3 问题辨析

5.3.1 垃圾回收是否涉及栈内存？

不涉及，栈内存在每个方法调用完成之后会自动释放内存（自动弹出栈帧），根本不需要垃圾回收来管理栈内存。

5.3.2 栈内存分配越大越好吗？（一般采用默认的大小就行了）

参考文档

栈内存并不是分配越大越好，假设分配的物理内存是100MB，每个线程栈大小是1MB，那么可以分配100个线程，但是如果提升了线程栈大小，那可以分配的对应线程数就变少了。

5.3.3 方法内的局部变量是否线程安全？

如果方法内局部变量没有逃离方法的作业范围，它是线程安全的。
如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围（例如把引用对象return到外界、把引用对象作为参数传递进来），需要考虑线程安全。

5.4 栈内存溢出

5.4.1 原因分析

栈帧过多导致栈内存溢出（一般情况就是这个原因）:

栈帧过大导致栈内存溢出（这种情况比较少）

5.4.2 代码示例：栈帧过多导致栈内存溢出

/**
 * 演示栈内存溢出 java.lang.StackOverflowError
 * -Xss128k
 */
public class Demo1_2 
    private static int count;

    public static void main(String[] args) 
        try 
            method1();
         catch (Throwable e) 
            e.printStackTrace();
            System.out.println(count);
        
    
	
	// 递归调用自己,并且没有退出条件
    private static void method1() 
        count++;
        method1();