JAVA虚拟机理解

Posted 2021-03-05 worryrock

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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JAVA虚拟机理解相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、虚拟机运行时数据区域

1.1、运行时数据区

JAVA虚拟机在执行JAVA程序过程中，会把他所管理的内存划分为若干个数据区域。

技术图片

JAVA虚拟机运行时数据区

1.2、程序计数器

程序计数器可以看做是，程序被执行时，内部字节码对应行号的指示器。这块空间很小，是线程私有的，也就是每个线程都有自己对应的程序计数器。程序在执行时，字节码解释器会通过改变计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码。代码中分支、循环、跳转、异常、线程恢复等基础功能的操作都是由这个计数器来完成。

JAVA虚拟机中的线程，并非一直在执行，而是会由CPU轮换分配进行处理，也就是说每个线程都在轮流等着CPU宠幸，而每次CPU只会宠幸一个线程一小会儿而已。那么线程在轮流等待CPU的时候，为了保证下次轮到自己能够正常的继续执行，就需要计数器帮忙记录当前代码执行的位置。而且为了保证每个线程相互没有影响，计数器会给每个线程建立一个属于自己的计数器。

如果线程正在执行一个 Java 方法，这个计数器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，这个计数器的值则为 (Undefined)。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。

1.3、虚拟机栈

和计数器一样，栈(Stack)也是线程私有的，而且生命周期与线程是相同的，说白了就是线程执行结束，和这个线程先关的栈也就清理完了。

栈的特点和队列很相似，队列QUEUE的特性先进先出(FIFI)，还有一种队列是双端队列DEQUE，支持两端同时进出。

双端队列的一种操作是从队里顶部进入、队列顶部出，也就是后进先出(LIFO)，这种模式就是栈的模式。

栈适用于管理程序运行的，程序每执行一个方法时，都会创建一个栈帧(StackFrame)，这个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

每个方法从调用到结束，就对应着一个栈栈在栈中的入栈出栈过程。所以说栈里面存放的栈帧。

栈帧中的局部变量表中，存放的是一些编译期可知的基本数据类型(boolean、byte、int、short等)、对象引用、returnAddress（指向了一条字节码指令的地址），其中的对象引用就是类似于 String s = new String();中的s，实际的String是在堆中。

1.3、堆

对是虚拟机中内存最大的、所有线程都能共享访问的一块区域，这里存放着所有的对象实例、数组。堆中的内存在物理上是不连续的，但是逻辑上连续。

堆通常被分为新生代、老年代、永久代(JDK1.8后成为元空间)，

1.3.1新生代

新生代是一个对象刚刚被创建的地方，99%的对象在新生代创建后，随着使用完以后就能被回收掉，而逃逸掉的1%的对象会被转移到老年代中

新生代还会被细分为Eden伊甸园区、幸存区suvivor0和suvivor1区，这三块区域的默认比例是8:1:1，Eden中的内存占大部分，在垃圾回收不掉时会转移到suvivor中

如果一个对象被GC清理标记了15次还没有销毁，那么就会转移到老年代中去。这15次的的清理是指suvivor0和suvivor1之间的转移次数。

suvivor被分为From和To两块区域，这两个区域是相互交换的，其中有一块必然是空的。如果suvivor0存在数据，清理完以后会把剩余的数据转移给suvivor1

那么下次再清理时，如果suvivor1还有数据就会给suvivor0。所以判断那块是From那块是To，主要看内部是否存在数据，有数据就是From,没有数据就是To

1.3.2老年代

一个对象在新生代幸存了15次，说明引用一直存在无法被垃圾回收，那么就要被转移到老年代。这个块空间比新生代要更大，一般是新生代的一倍。

如果这个区域的内存，超过了初始堆内存或者接近最大堆内存分配空间时，就会触发FULL GC，FULLGC会造成STW现象(Stop the World)。

1.4、方法区

属于共享内存区域，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。

java虚拟机将方法区描述为堆的一个逻辑部分，别名叫做Non-Heap，在JDK1.7前也被称之为永久代，在1.8以上成为元空间

Class文件中存放类的版本、字段、方法、接口等信息，还有一个就是常量池，用于存放编译期间生成的各类字面量和符号引用。

运行时常量池是方法区的一部分，永久代(元空间)的内存溢出，与常量池的增长也相关。

1.5、本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用相似，他们之间的区别不过是虚拟机栈执行java方法，而本地方法栈是虚拟机使用Native方法服务。

本地方法就是操作系统提供的方法，一般来说都是C开发的本地方法。JAVA调用C的方法都是采用Native关键字类修饰的方法。

JAVA调用C采用JNI方式 Java Native Interface

2、类加载

类从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存，他的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载7个阶段

其中验证、准备、解析被统一称为连接阶段。

类被虚拟机加载的过程，就是加载、验证、准备、解析、初始化5个阶段，也可以说是加载、连接、初始化的过程。

2.1加载

加载过程，虚拟机将做3件事情：1、通过一个类的全限定名，来获取定义此类的二进制字节流；2、将这个字节流所代表的的静态存储的结构，转化为方法区的运行时数据结构。3、在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2.2连接

连接包括验证、准备、解析三个阶段。

连接是为了确保Class文件的字节流包含的信息，符合当前虚拟机的要求，不会危害虚拟机的整体运行。

文件格式验证，比如文件版本号，是否是当前虚拟机的版本，常量池中的常量是否不被支持。

元数据验证，比如类是否有父类，类是否继承了不被允许继承的父类（final修饰的）

字节码验证，比如int类型的数据，不会按照long类型加载到本地变量表

符号引入验证，比如符号引用中的类、字段、方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。

2.3准备

准备阶段是正式为类变量分配内存，并设置类变量初始值的过程，这些变量所以使用的内存都将在方法区中进行分配。

1、此时的内存分配，仅包含类变量(被static修饰的变量)，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时，随着对象一起分配在java堆中。

2、初始值，是说数据类型的零值，假设public static int value=123;那么value在准备阶段后的初始化值是0，而不是123。

2.4解析

解析过程，是虚拟机常量池的符号引用，替换为直接引用的过程。

在把java编译为class文件的时候，虚拟机并不知道所引用的地址；而是采用助记符，也就是符号引用，通过转为真正的直接引用，才能找到对应的直接地址。

2.5初始化

public class Test{
    public static int a = 1;
}
// 1、加载   编译文件为 .class 文件，通过类加载，加载到JVM

// 2、连接   
      验证(1)  保证Class类文件没有问题
      准备(2)  给int类型分配内存空间，a = 0；
      解析(3)  符号引用转换为直接引用

// 3、初始化
      经过这个阶段的解析，把1 赋值给 变量 a；