jvm内存模型，java类从编译到加载到执行的过程，jvm内存分配过程

Posted 2020-12-01 jet_qiu

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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内存模型，java类从编译到加载到执行的过程，jvm内存分配过程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、jvm内存模型

JVM 内存模型主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈

1、堆

1.1、堆是 JVM 内存中最大的一块内存空间。

1.2、该内存被所有线程共享，几乎所有对象和数组都被分配到了堆内存中。

1.3、堆被划分为新生代和老年代，新生代又被进一步划分为 Eden 和 Survivor 区，最后 Survivor 由 From Survivor 和 To Survivor 组成。

2、程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一块很小的内存空间，用来记录下一条运行的指令（实际是记录各个线程执行的字节码的地址，由于 Java 是多线程语言，当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令。），例如，分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于计数器。

3、方法区（Method Area）

3.1、方法区!=永久代，根据虚拟机类型而定；HotSpot 虚拟机使用永久代来实现方法区，但在其它虚拟机中，例如，Oracle 的 JRockit、IBM 的 J9 就不存在永久代一说。

3.2、方法区主要是用来存放已被虚拟机加载的类相关信息，包括类信息（类的版本、字段、方法、接口和父类等信息）、运行时常量池、字符串常量。

ps1：JVM 在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化，而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。在加载类的时候，JVM 会先加载 class 文件，而在 class 文件中除了有类的版本、字段、方法和接口等描述信息外，还有一项信息是常量池 (Constant Pool Table)，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用（）。

ps2：字面量包括字符串（String a=“b”）、基本类型的常量（final 修饰的变量）。

ps3：符号引用则包括类和方法的全限定名（例如 String 这个类，它的全限定名就是 Java/lang/String）、变量的名称和描述符以及方法的名称和描述符。

ps4：当类加载到内存中后，JVM 就会将 class 文件常量池中的内容存放到运行时的常量池中。

ps5：在解析阶段，JVM 会把符号引用替换为直接引用（对象的索引值）。

3.3、方法区与堆空间类似，也是一个共享内存区，所以方法区是线程共享的。

3.2、在 Java6 版本中，永久代在非堆内存区；到了 Java7 版本，永久代的静态变量和运行时常量池被合并到了堆中；而到了 Java8，永久代被元空间取代了，并且元空间的存储位置是本地内存，永久代的静态变量（class static variables）以及运行时常量池（runtime constant pool）则跟 Java7 一样，转移到了堆中。如下图：

ps1：java8用直接内存元空间替代永久代的好处

1-1、移除永久代是为了融合 HotSpot JVM 与 JRockit VM 而做出的努力，因为 JRockit 没有永久代，所以不需要配置永久代。

1-2、永久代内存经常不够用或发生内存溢出，爆出异常 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。这是因为在 JDK1.7 版本中，指定的 PermGen 区大小为 8M，由于 PermGen 中类的元数据信息在每次 FullGC 的时候都可能被收集，回收率都偏低，成绩很难令人满意；还有，为 PermGen 分配多大的空间很难确定，PermSize 的大小依赖于很多因素，比如，JVM 加载的 class 总数、常量池的大小和方法的大小等。

4、虚拟机栈（VM stack）

4.1、Java 虚拟机栈是线程私有的内存空间，它和 Java 线程一起创建。

4.2、用来保存方法的局部变量、操作数栈、动态链接方法和返回地址等信息，并参与方法的调用和返回。每一个方法的调用都伴随着栈帧的入栈操作，方法的返回则是栈帧的出栈操作。

5、本地方法栈（Native Method Stack）

5.1、本地方法栈跟 Java 虚拟机栈的功能类似，Java 虚拟机栈用于管理 Java 函数的调用，而本地方法栈则用于管理本地方法的调用。

5.2、本地方法并不是用 Java 实现的，而是由 C 语言实现的。

二、java类从编译到加载到执行的过程

1、编译

通过jdk自带的javac工具完成

2、类加载

2.1、当一个类被创建实例或者被其它对象引用时，虚拟机在没有加载过该类的情况下，会通过类加载器将字节码文件加载到内存中。

2.2、不同的实现类由不同的类加载器加载，JDK 中的本地方法类一般由根加载器（Bootstrp loader）加载进来，JDK 中内部实现的扩展类一般由扩展加载器（ExtClassLoader ）实现加载，而程序中的类文件则由系统加载器（AppClassLoader ）实现加载。

2.3、在类加载后，class 类文件中的常量池信息以及其它数据会被保存到 JVM 内存的方法区中。

3、类连接

类在加载进来之后，会进行连接、初始化，最后才会被使用。在连接过程中，又包括验证、准备和解析三个部分。

3.1、验证

验证类符合 Java 规范和 JVM 规范，在保证符合规范的前提下，避免危害虚拟机安全。

3.2、准备

为类的静态变量分配内存，初始化为系统的初始值。对于 final static 修饰的变量，直接赋值为用户的定义值。例如，private final static int value=123，会在准备阶段分配内存，并初始化值为 123，而如果是 private static int value=123，这个阶段 value 的值仍然为 0。

3.3、解析

将符号引用转为直接引用的过程。我们知道，在编译时，Java 类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能使用符号引用来代替。类结构文件的常量池中存储了符号引用，包括类和接口的全限定名、类引用、方法引用以及成员变量引用等。如果要使用这些类和方法，就需要把它们转化为 JVM 可以直接获取的内存地址或指针，即直接引用。

3.4、类初始化

编译器会在将 .java 文件编译成 .class 文件时，收集所有类初始化代码，包括静态变量赋值语句、静态代码块、静态方法，收集在一起成为 <clinit>() 方法。在这个阶段中，JVM 首先将执行构造器 <clinit> 方法

初始化类的静态变量和静态代码块为用户自定义的值，初始化的顺序和 Java 源码从上到下的顺序一致。例如：

private static int i=1；
static{
  i=0;
}
public static void main(String [] args){
  System.out.println(i);
}

运行结果为：0

子类初始化时会首先调用父类的 <clinit>() 方法，再执行子类的 <clinit>() 方法，运行以下代码：public class Parent{

public static String parentStr= "parent static string";
  static{
    System.out.println("parent static fields");
    System.out.println(parentStr);
  }
  public Parent(){
    System.out.println("parent instance initialization");
 }
}

public class Sub extends Parent{
  public static String subStr= "sub static string";
  static{
    System.out.println("sub static fields");
    System.out.println(subStr);
  }

  public Sub(){
    System.out.println("sub instance initialization");
  }
 
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("sub main");
    new Sub();
 }
}


运行结果为：